WO2008125679A1 - Method and apparatus for chromatographic component separation with partial recirculation of mixture fractions - Google Patents

Method and apparatus for chromatographic component separation with partial recirculation of mixture fractions Download PDF

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WO2008125679A1
WO2008125679A1 PCT/EP2008/054571 EP2008054571W WO2008125679A1 WO 2008125679 A1 WO2008125679 A1 WO 2008125679A1 EP 2008054571 W EP2008054571 W EP 2008054571W WO 2008125679 A1 WO2008125679 A1 WO 2008125679A1
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fluid mixture
chambers
solvent
component
stream
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PCT/EP2008/054571
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Lars Christian Kessler
Andreas Seidel-Morgenstern
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MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/26Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
    • G01N30/38Flow patterns
    • G01N30/44Flow patterns using recycling of the fraction to be distributed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D15/00Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/10Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features
    • B01D15/18Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to flow patterns
    • B01D15/1814Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to flow patterns recycling of the fraction to be distributed
    • B01D15/1821Simulated moving beds
    • B01D15/1828Simulated moving beds characterized by process features
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography

Definitions

  • the invention relates to a method for the chromatographic separation of components of a multicomponent fluid mixture by means of the simulated moving bed method according to the preamble of patent claim 1. An apparatus for carrying out the method is described.
  • Such state-of-the-art processes are used, in particular in the pharmaceutical and chemical industries, to separate components of a high-purity substance mixture even if the mixture is a complex multicomponent fluid mixture whose components may additionally have a Have temperature sensitivity.
  • the different affinity of the components to be separated with respect to a solid (preferably adsorbent material) is utilized for their separation.
  • chromatographic separations are carried out discontinuously in the so-called batch process.
  • a solid-filled chamber separation column
  • a solvent eluent
  • a limited amount of the sample to be separated is injected into a solvent stream. Due to the differences in the strength of the interactions, the components migrate at different speeds through the separation column and leave it at different times. points. This injection can be repeated only after a certain period of time, without affecting the separation success of the previous injection.
  • the Mehrkomponentenflu- idmischung can be applied continuously in the middle of the separation column.
  • the more strongly interacting component moving with the solid may be directed in the direction of an extract stream withdrawn from the separation column and the weakly interacting component moving with the liquid phase toward a likewise derived raffinate stream.
  • the separation methods can be operated in a continuous mode of operation according to the known simulated moving bed (SMB) method.
  • SMB simulated moving bed
  • Such methods are applied to devices which are generally composed of at least four circulating separation zones, which consist of at least one chamber or a chamber section.
  • the actual countercurrent of the solid phase is simulated by periodically moving the solid statically arranged in individual chambers in the opposite direction to the flow of the solvent. This corresponds to the moving column principle.
  • the positions of the inlets and outlets can also be cyclically offset. This corresponds to the moving port principle.
  • the time between two switching operations is called the cycle time.
  • the zones are divided by two inputs, each for the
  • Multi-component fluid mixture and the solvent and limited by two outputs, each for the extract and the raffinate.
  • the separation of the components takes place as far as possible in two of the four zones, whereas the two other zones serve for the regeneration of the solid and liquid phases.
  • Such a SMB method results in a repetitive regime after a certain time. This is called a cyclic-stationary state. In this state, there are characteristic, repetitive after a cycle time concentration profiles in the outlet streams caused by the periodic switching.
  • US Pat. No. 2,985,589 describes such an SMB process for the continuous chromatographic separation of multicomponent fluid mixtures with a fixed adsorbent bed containing solids and repositionable inlets and outlets.
  • US Pat. No. 5,102,553 describes an SMB process in which the added and removed volume flows of the multicomponent fluid mixture, the solvent, the extract stream, the raffinate stream and the circulating circulation streams are designed to be variable in time within one cycle unit ("power feed” method) An increase in productivity over SMB processes with constant operating parameters can be achieved.
  • WO A 0025885 proposes a process which provides asynchronous switching of feeds and outlets. This corresponds to the VariCol process.
  • the connection points of the inlets and outlets are repositioned at different times, resulting in variable separation zone lengths per time unit. In this way, an increase in productivity is achieved.
  • WO 2004014511 describes an SMB process in which the concentration of the incoming multicomponent fluid mixture is changed within one cycle unit. This corresponds to the ModiCon method.
  • An essential point of the invention is that according to the invention, in a method for the chromatographic separation of components of a multicomponent fluid mixture by means of a simulated moving bed method, the first and / or second output proceed derived raffinate stream and / or extract stream at least partially stored in each case in at least one container and fed in a clock unit the first and / or second input alternately or simultaneously with the Mehrkomponentenfluidmischung and / or the solvent the chambers or chamber sections Wegkoppelnd / is.
  • the multicomponent fluid mixture and at least one solvent are supplied to a plurality of chambers or chamber sections containing at least one substance at the first and second inlet and the extract stream containing at least a first component separated from the multicomponent fluid mixture and the raffinate stream containing at least a second of the Component component containing multicomponent fluid mixture, derived from the chambers or chamber sections at a first and second output.
  • the chambers or chamber sections form a closed circuit and are thus connected in rows.
  • the connection points of the respectively arranged between two chambers or chamber sections of the circuit first and second inputs and outputs are repositioned after the expiration of a cyclic clock unit between two other chambers or chamber sections of the circuit.
  • At least one of the two exiting streams is collected to a part within a cycle unit, resulting in at least two partial streams result per outlet, of which at least one collected in at least one tank and its contents in a defined period of time within the cycle time is introduced in a freely selectable feed regime alternately or simultaneously with the initial multi-component fluid mixture in the separator.
  • the recycled stream is not mixed with the original multicomponent fluid mixture. Rather, the differences in the concentrations of the components and the ratio of these to each other according to the invention deliberately exploited in order to achieve an increase in the purity.
  • the initial multicomponent fluid mixture is not introduced into the system, an already separated fraction is introduced.
  • the ModiCon method is based on utilizing nonlinearities of the adsorption isotherm, which is not limited to the subject of the present invention. It is thus the branched stream in one or more containers, for example in the form of tanks, collected and then introduced within a cyclically repeated defined period within the cycle time in a defined feed regime preferably alternately with the actual supplied multicomponent fluid mixtures in the device.
  • the non-recirculated partial flow which reaches the specified degree of purity, is removed from the system and collected in a storage medium provided for this purpose. This procedure can increase the productivity of the process for given purities.
  • the multicomponent fluid mixture the content of at least one of the containers (recycled tank), which is provided for the storage of the Victoria whoden portion of the raffinate and / or extract stream and thus contains at least one of the components and at least one solvent of a plurality of at least one solid ,
  • adsorbent material containing chambers or chamber sections supplied at a first or second input is switched over to at least one recycling tank or of at least one recycling tank to the container of the multicomponent fluid mixture. This is done by means of a valve. The timing and sequence of such switching have an influence on the separation performance of the device implementing the method according to the invention.
  • At least one of the components or outlet streams derived from the device is diverted into at least one of the recycling tanks.
  • the chambers After expiration of a cyclically repeating cycle time, the chambers are displaced by a multi-position valve by one position in the opposite direction to the flow of the fluid mass.
  • the connection points of the respectively arranged between two chambers and chamber sections of the circuit first and second inputs and outputs are repositioned after a cyclic cycle time between two other chambers or chamber sections of the circuit. It is also possible to operate in an open-loop SMB, in which case the regeneration zone of the liquid phase can be omitted, reducing the number of zones to three.
  • the subject of the present invention can be applied to conventional SMB
  • the feedback feed of the derived raffinate stream and / or the extracted extract stream can be carried out within a clock unit following the discharge or take place within the same cycle unit.
  • the entire discharged raffinate stream and / or extract stream is removed as a product of the desired degree of purity, and the entire discharged raffinate stream and / or extract stream are fed back in an at least second period of the cycle unit.
  • Both the pressure and the temperature of the supplied multicomponent fluid mixture and / or of the solvent can be changed step by step and / or continuously within one cycle unit.
  • composition of the solvent and the content of at least one additional co-incorporated modifier in the multicomponent fluid mixture may preferably be changed stepwise and / or continuously.
  • At least one solid which is suitable for causing different migration speeds of the individual components of the multi-component fluid mixture in the individual chambers or chamber sections.
  • This may be an adsorbent material.
  • the solvent used is a mixture of a plurality of fluids and / or a mixture of at least one fluid with a low or high molecular weight modifier.
  • a gas or a mixture of a plurality of gases which are in the supercritical or subcritical state may be used.
  • the solvent may also contain components to be separated.
  • the solvent with the components to be separated and the solvent without the components to be separated have different compositions and / or abilities with regard to influencing a bonding behavior of the components to be separated from the solid.
  • junctions of the first and second inputs and outputs are repositioned at different times.
  • At least one volume flow of the multicomponent fluid mixture of the solvent, the extract stream, the raffinate stream and in-circuit circulating streams within one cycle unit are changed stepwise and / or continuously.
  • a device for carrying out such a method which advantageously consists of at least four chambers with intermediate inputs and outputs.
  • a first valve which switches between the stream to be discharged from the device and the stream to be recycled
  • a second valve which switches between the multicomponent fluid mixture to be fed and the stream to be recycled into the device.
  • Between the first and second valve at least one container for temporary storage or intermediate storage of the branched stream is arranged.
  • Figure 1 is a schematic representation of an apparatus for performing a method for the chromatographic separation of components according to the known from the prior art SMB method according to the Moving Column principle.
  • FIG. 2 is a schematic representation of an apparatus for carrying out a method for the chromatographic separation of components according to the SMB method known from the prior art according to the moving-port principle;
  • Fig. 3 is a graph showing exemplary concentration profiles on a raffinate outlet of a device using the conventional SMB method
  • Fig. 4 is a diagram showing exemplary concentration profiles at an extract outlet of an apparatus using the conventional SMB method
  • FIG. 5 is a diagram showing the course of an integral and differential degree of purity of the target component in the raffinate stream within a cycle time or clock unit in a conventional SMB method
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a device for carrying out the method according to the invention according to an embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows a diagram of exemplary concentration profiles of the raffinate stream of a device using the SMB method according to the invention
  • FIG. 8 shows a diagram of concentration profiles of the extract stream of an apparatus using the SMB method according to the invention by way of example.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an apparatus for carrying out a method for chromatographic separation according to the SMB method according to the prior art.
  • a multicomponent fluid mixture (feed) 1 is supplied as well as a solvent (eluent) 2 at inputs 5 and 6, respectively.
  • a raffinate stream 3 and an extract stream 4 are withdrawn at outputs 7 and 8, respectively, of the apparatus.
  • the device consists of a total of four chambers 9, 10, 11 and 12 acting as separation zones, which are connected in a row to one another in a circuit. Between the chambers 9, 10, 11 and 12, the connection points for the inputs 5, 6 and the connection points for the outputs 7, 8 are present.
  • a solid is fixed in at least one of the four chambers 9 - 12 before, wherein the chambers are flowed through the solvent at different speeds.
  • the chambers are moved periodically after the lapse of one cycle time or within one cycle unit in the opposite direction to the flow of the liquid phase.
  • the multicomponent fluid mixture to be separated is in this case continuously fed to the center of the device.
  • the positions of the inputs and outputs define four zones in which a different relative velocity of the liquid and solid phases is present due to a different volume flow of the liquid phase.
  • a different relative velocity of the liquid and solid phases is present due to a different volume flow of the liquid phase.
  • more strongly adsorbing components will move with the solid phase in the direction of a derived extract stream and less adsorbent components with the solvent in the direction of a derivative raffinate stream.
  • the separation of the components largely takes place in the zones II and III, whereas the zones I and IV serve for the regeneration of the solid, which can be for example an adsorbent material, and the solvent.
  • the arrow 17 shows the direction of the column switching, ie the moving column principle.
  • Fig. 2 device corresponds to the reproduced in Fig. 1 device with the exception that by means of the arrow 18, the direction of the port switching, so the moving port principle is shown.
  • FIG. 3 is a graph showing the concentration profile at the raffinate outlet in a device using the conventional SMB method.
  • the ordinate 19 represents the concentration of the raffinate stream, that is to say a target component A in accordance with reference numeral 21, and the proportionate soiling component B with the reference numeral 22.
  • the abscissa 20 the time course of the concentration is plotted.
  • the time course corresponds to two complete clock units or two complete cycle times.
  • the components to be separated may be present in the multicomponent fluid mixture in a high concentration or undissolved and diluted or dissolved to a particular concentration prior to application of the SMB process. For example, both components are present in the same concentration.
  • the conditions used in this case are summarized in a following Table 1 and the performance parameters used here in a following Table 2.
  • the extract outlet is shown in its profile, that is to say the temporal concentration profile 25 of the target component B and the temporal concentration profile 26 of the proportionate soiling component A in a diagram in which the concentration 23 is likewise plotted over the course of time 24.
  • a cyclically stationary state is achieved in the SMB method.
  • cyclically constantly repeating concentration profiles can be recognized at both outlets.
  • a successful operation can Occurrence of the undesirable component towards the end, as the component B in the raffinate or only at the beginning, as the component A in the extract stream, a cycle time are seen.
  • the exiting streams are collected over the entire period.
  • a purity of, for example, 88% by weight at both outlets is to be achieved over the duration of the entire cycle and thus over the entire process duration.
  • a cycle time can now be divided into arbitrarily short subsections.
  • the differential purity and the integral purity obtained at that time at the two outlets can be determined.
  • the differential purity indicates the ratio of the concentration of the target component and at least one non-target component leaving the considered outlet at the current time.
  • the integral purity may indicate the ratio of the target component and at least one non-target component exiting the considered outlet from the beginning of the clock to the current time.
  • FIG. 5 is a diagram showing the degree of purity in% according to the ordinate 27 and the cycle time in% according to the abscissa 28 of the integral purity 29 and the differential purity 30 for the raffinate stream. It can be clearly seen that the integral purity falls below the threshold of the desired target purity at 83.0% of the cycle time (31).
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of an apparatus for carrying out the method according to the invention in accordance with an embodiment of the invention.
  • a multicomponent fluid mixture 41 is supplied at an inlet 45 and a solvent 42 at an inlet 46 of the apparatus.
  • a raffinate stream 43 is discharged at an outlet 47 and an extract stream 44 at an outlet 48.
  • the device in turn consists of a total of four chambers 49, 50, 51 and 52, which are connected in a row in a closed circuit.
  • Reference numeral 57 represents the direction of the column switching.
  • the effluent 58 from the raffinate stream 43 at the exit 47 is transferred to an outlet valve 59 by switching depending on whether a raffinate stream having the required purity of the separated component or purity is present.
  • a switchover takes place for discharging the separated component according to the reference numeral 60.
  • a switchover takes place in the direction 61, so that this separated portion of the raffinate stream into a tank or container 62, in which now typically a liquid which is enriched with a component A, is located.
  • the cycle time is reached, the system switches back to state 60.
  • a further valve 63 designed as an inlet valve is switched depending on whether the separated raffinate stream stored in the tank 62 is to be returned to the chambers via the inlet 45 or via a feed line 65 the initial multicomponent fluid mixture 41 from a storage tank 64 should be forwarded. This is done via a supply line 66.
  • a combination of catching a raffinate stream only for a period of the cycle time and reintroducing the intercepted and cached portion at a later time within a cycle time may be advantageously employed in place of the original multicomponent fluid mixture.
  • Table 1 shows selected simulation parameters for the objective function, the product of raffinate purity and productivity multiplied by extract purity and productivity.
  • the dimensionless cutting and inflow points result from the discretization of a cycle time in 23 (fractionation method) or 22 (method according to the invention) points.
  • the volume difference indicates that for the selected conditions 0.0357 ml per switching time would be pumped out of the tank more so that it can be supplied by feedback. This difference is compensated by a suitable stream of pure solvent.
  • VV ⁇ rt Conventional / Fractionation It should be noted that a smaller value is better for eluent consumption and loss. In the following, the definitions are briefly mentioned.
  • the raffinate purity is:
  • the extract purity is:
  • the method according to the invention can be implemented in various ways.
  • the product collection period within the clock unit or cycle time is limited in the case of raffinate feedback by the start of a clock unit and the time when the integral purity falls below the required threshold. This results in a difference period between the end of the product collection period and the beginning of the next cycle unit.
  • the flow exiting within this period no longer meets the purity requirements and is collected in at least one tank, the contents of which are also supplied to the inlet 45 at periodic intervals.
  • the integral purity increases with increasing cycle time and the contamination occurs at the beginning of a cycle time.
  • the integral purity is determined starting from the end of the clock unit backwards towards the beginning of the bar.
  • the product collection period is limited by the start of the collection and the end of the clock unit.
  • the outgoing current is collected only until a time before the threshold is exceeded. This corresponds to Figures 3 and 4 83%.
  • This part is collected in a product tank following line 60.
  • the raffinate stream in the tank 62 is collected. From this, it is then alternately, so alternately with the initial Mehrkomponentenflu- idmischung, the input 45 fed.
  • This feedback of a raffinate stream whose concentration ratio is typically already shifted in favor of one of the components, then again leads to an increase in the purity in the feedback raffinate stream 43 which is affected by the feedback.
  • the duration of the feedback is largely determined by the selection of the product collection period.
  • the feedback period is typically between the beginning of the clock unit and the end of the clock unit. In the case of raffinate feedback, it is advantageous to realize the reflux from the tank 62 at the beginning of the cycle unit. In the case of the extra feedback, this should be exactly the opposite, ie at the end of the clock unit.
  • the outlet valve 59 is switched so that the raffinate stream is diverted into the tank 62 for the rest of the cycle.
  • the inflow valve then regulates when the inflow into the chambers via the inlet 45 from the tank 62 or instead the inflow of the initial multicomponent fluid mixture from the container 64 should take place.
  • the extract stream is continuously collected and removed according to this embodiment.
  • the concentration profiles of the raffinate stream and the extract stream are plotted on the ordinates 67 and 74 and the abscissas 68 and 75, respectively, in their time profile.
  • the concentration profiles are reproduced for the target component A by the reference numeral 72, for the target component B in the extract stream by the reference numeral 79, for the proportionate soiling component B by the reference numeral 73 and for the proportionate soiling component A by the reference numeral 80.
  • the average outlet concentration of component A in the raffinate stream has increased by 45% compared to the conventional process and by 14% compared to the fractionation process without feedback.
  • the average outlet concentration of component B in the extract stream can be increased by 208% as compared to the conventional method. Compared to the fractionation method, it increases by 7%.
  • the recoverable mass flow of component A from the raffinate stream can be increased by 96% compared to the conventional process and by 9% compared to the fractionation process.
  • the recoverable mass flow of the component B from the extract stream can be increased by 90% compared to the conventional method, compared with the fractionation method it decreases by 31%. However, this occurs at the expense of a significantly poorer yield and a high loss of components.
  • the productivity of component A from the raffinate stream can be increased by 95% as compared to the conventional process and by 9% as compared to the fractionation process.
  • the productivity for the component B from the extract stream can be increased by 90% as compared with the conventional method.
  • the specific solvent consumption for component A from the raffinate stream is 56% compared to the conventional process and compared to fractionation. reduced by 32%.
  • the specific solvent consumption for component B from the extract stream is reduced by 55% compared to the conventional method, compared to the fractionation method.
  • the yield for component A from the raffinate stream can be increased by 3% compared to the conventional process and by 78% over the fractionation process.
  • the yield for component B from the extract stream remains at the same level as in the conventional process and increases by 29% over the fractionation process.
  • the loss of the component A is 9% below the level of the conventional process, compared to the fractionation process, this can be reduced by 77%.
  • the loss of component B increases by 4% compared with the conventional method, it is reduced by 51% over the fractionation method.
  • the product collection period that is, the period of time in which the product of the desired purity is removed from the entire apparatus
  • the recycle period that is, the period in which the raffinate stream is separated for feedback
  • the improvement in performance over the conventional method is achieved in that the targeted final purity of the streams must no longer be integral over the entire cycle time but only up to an earlier point in time. For this reason, higher feed streams and lower regeneration streams are possible. This allows an increase in productivity. By reducing the eluent consumption and the ability to achieve a high separation efficiency even with less efficient and thus cheaper solids, a reduction in operating costs can be achieved.
  • the literature-described fractionation method also has the advantage that the desired target purity does not have to be integral over the entire switching time. Indeed
  • the process according to the invention advantageously differs from the fractionation process in the following points.
  • the yield can be increased and the loss of components can be significantly reduced.
  • the feedback itself has a positive effect on the achievable purities, and thus also on the productivity. If, as in the example case shown in Tab. 2, the strength of the interaction of the components with the solid phase is independent of the concentration and other components involved, there are linear adsorption isotherms. In the case of raffinate feedback it is advantageous to apply the pre-separated mixture before the initial multi-component fluid mixture. In this way, at the beginning of the cycle, a smaller amount of the components not desired in this outlet is applied. By renewed passage of the separating solid phase, the purity is further increased.
  • the strength of the interaction of the components with the solid phase depends on the own concentration and the other components involved, ie if non-linear adsorption isotherms are present, the improvement of the purities is conditioned by competitive interactions.
  • any type of other buffers may be used, such as chromatography columns.
  • the feedback stream can also be initiated directly without caching.
  • inventive method can be applied to all imaginable and previously known SMB structures, for example, less than or more than 4 chambers exhibit.
  • a structure may consist of 1 - 3 or 5 and more chambers.

Abstract

The invention describes a method for the chromatographic component separation of a multicomponent fluid mixture by means of the simulated moving bed method, wherein the multicomponent fluid mixture (41) and at least one solvent (42) are fed into a plurality of chambers (49-52) or chamber sections containing at least one solid substance at a first and second inlet (45, 46); and an extract flow (44), which contains at least one first component (79) separated from the multicomponent fluid mixture (41), and a raffinate stream (43), which contains at least one second component (72) separated from the component fluid mixture (41), are conducted away from the chambers (49-52) or chamber sections at a first and second outlet (47, 48), wherein said chambers (49-52) or chamber sections are connected to each other in series, forming a closed circuit (57), and junction points are each newly positioned between first and second inlets and outlets (45-48) which are arranged between two chambers (49, 50; 50, 51; 51, 52; 52, 53) or chamber sections of the circuit (57) after the running of a cyclic timing unit between two additional chambers or chamber sections of the circuit, wherein the raffinate stream (43) and/or extract flow (44) conducted away at the first and/or second outlet (47, 48) are/is at least partly temporarily stored in at least one tank (62) mounted therebetween and are/is fed (66) in one timing unit to the first and/or second inlet (45, 46) alternatingly or simultaneously with the multicomponent fluid mixture (64) and/or the solvent in reverse coupling to the chambers or chamber sections.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur chromatographischen Trennung von Komponenten mit teilweiser Rückführung von Gemischfraktionen Method and apparatus for the chromatographic separation of components with partial recycling of mixture fractions
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur chromatographischen Trennung von Komponenten einer Mehrkomponentenfluidmischung mittels des Simulated Moving Bed-Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Es wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.The invention relates to a method for the chromatographic separation of components of a multicomponent fluid mixture by means of the simulated moving bed method according to the preamble of patent claim 1. An apparatus for carrying out the method is described.
Derartige Verfahren nach dem aktuellen Stand der Technik werden insbesondere in der pharmazeutischen und chemischen Industrie dazu verwendet, Komponenten eines Stoffgemisches mit hohem Reinheitsgrad auch dann zu trennen, wenn es sich bei dem Stoffge- misch um eine komplexe Mehrkomponentenfluidmischung handelt, deren Komponenten evtl. zusätzlich eine Temperatursensibilität aufweisen. Hierbei wird die unterschiedliche Affinität der zu trennenden Komponenten gegenüber einem Feststoff (vorzugsweise Adsorbensmate- rial) für deren Trennung ausgenutzt.Such state-of-the-art processes are used, in particular in the pharmaceutical and chemical industries, to separate components of a high-purity substance mixture even if the mixture is a complex multicomponent fluid mixture whose components may additionally have a Have temperature sensitivity. In this case, the different affinity of the components to be separated with respect to a solid (preferably adsorbent material) is utilized for their separation.
Herkömmlicherweise werden chromatographische Trennungen diskontinuierlich im sogenannten Batch-Verfahren durchgeführt. Bei einem derartigen Batch-Verfahren wird eine mit dem Feststoff gefüllte Kammer (Trennsäule) von einem Lösemittel (Eluens) durchströmt. Es wird eine begrenzte Menge der zu trennenden Probe in einen Lösemittelstrom injiziert. Aufgrund der Unterschiede in der Stärke der Wechselwirkungen wandern die Komponenten verschieden schnell durch die Trennsäule und verlassen diese zu unterschiedlichen Zeit- punkten. Diese Injektion kann erst nach einem bestimmten Zeitraum wiederholt werden, ohne den Trennerfolg der vorherigen Injektion zu beeinflussen.Conventionally, chromatographic separations are carried out discontinuously in the so-called batch process. In such a batch process, a solid-filled chamber (separation column) is flowed through by a solvent (eluent). A limited amount of the sample to be separated is injected into a solvent stream. Due to the differences in the strength of the interactions, the components migrate at different speeds through the separation column and leave it at different times. points. This injection can be repeated only after a certain period of time, without affecting the separation success of the previous injection.
Für eine kontinuierliche Betriebsweise wird ein Gegenstrom zwischen der Lösungsmittel beinhaltenden flüssigen und der festen Phase erzeugt. Hiefür wird die feste Phase in Gegenrichtung zur flüssigen Phase bewegt.For a continuous mode of operation, a countercurrent flow is created between the solvent-containing liquid and the solid phase. For this, the solid phase is moved in the opposite direction to the liquid phase.
Bei einer derartigen Betriebsweise im Gegenstrom-Verfahren kann die Mehrkomponentenflu- idmischung kontinuierlich in der Mitte der Trennsäule aufgebracht werden. Bei geeignet ge- wählten Stromverhältnissen von flüssiger zu fester Phase kann die sich mit dem Feststoff bewegende, stärker wechselwirkende Komponente in Richtung eines aus der Trennsäule abgeführten Extraktstromes und die mit der flüssigen Phase bewegende, schwächer wechselwirkende Komponente in Richtung eines ebenfalls abgeleiteten Raffinatstromes geleitet werden.In such an operation in countercurrent process, the Mehrkomponentenflu- idmischung can be applied continuously in the middle of the separation column. With suitably selected liquid to solid phase flow ratios, the more strongly interacting component moving with the solid may be directed in the direction of an extract stream withdrawn from the separation column and the weakly interacting component moving with the liquid phase toward a likewise derived raffinate stream.
Die Trennverfahren können in kontinuierlicher Betriebsweise nach dem bekannten Simulated Moving Bed(SMB)-Verfahren betrieben werden. Derartige Verfahren werden auf Vorrichtungen angewendet, die sich in der Regel aus mindestens vier, einen Kreislauf bildenden Trennzonen zusammensetzen, welche aus mindestens einer Kammer oder einem Kammerab- schnitt bestehen. Der tatsächliche Gegenstrom der festen Phase wird durch ein periodisches Bewegen des statisch in einzelnen Kammern angeordneten Feststoffes in Gegenrichtung zu dem Strom des Lösemittels simuliert. Dies entspricht dem Moving-Column-Prinzip. Alternativ können bei fixierten Kammern auch die Positionen der Zu- und Abläufe zyklisch versetzt werden. Dies entspricht dem Moving-Port-Prinzip. Die Zeit zwischen zwei Umschaltvorgän- gen wird als Taktzeit bezeichnet. Die Zonen werden durch zwei Eingänge, jeweils für dieThe separation methods can be operated in a continuous mode of operation according to the known simulated moving bed (SMB) method. Such methods are applied to devices which are generally composed of at least four circulating separation zones, which consist of at least one chamber or a chamber section. The actual countercurrent of the solid phase is simulated by periodically moving the solid statically arranged in individual chambers in the opposite direction to the flow of the solvent. This corresponds to the moving column principle. Alternatively, with fixed chambers, the positions of the inlets and outlets can also be cyclically offset. This corresponds to the moving port principle. The time between two switching operations is called the cycle time. The zones are divided by two inputs, each for the
Mehrkomponentenfluidmischung und das Lösemittel, sowie durch zwei Ausgänge, jeweils für den Extrakt- und den Raffinatstrom, begrenzt. Die Trennung der Komponenten findet wei- testgehend in zwei der vier Zonen statt, wohingegen die zwei weiteren Zonen zur Regeneration der festen und flüssigen Phase dienen.Multi-component fluid mixture and the solvent, and limited by two outputs, each for the extract and the raffinate. The separation of the components takes place as far as possible in two of the four zones, whereas the two other zones serve for the regeneration of the solid and liquid phases.
Bei einem derartigen S M B-Verfahren ergibt sich nach einer bestimmten Zeit ein sich wiederholendes Regime. Dieses wird als zyklisch-stationärer Zustand bezeichnet. In diesem Zustand liegen durch das periodische Schalten hervorgerufene charakteristische, sich nach einer Taktzeit wiederholenden Konzentrationsprofile in den Auslassströmen vor. US 2 985 589 beschreibt ein derartiges SMB-Verfahren zur kontinuierlichen chromatographischen Trennung von Mehrkomponentenfluidmischungen mit einem fixierten, den Feststoff enthaltenen Adsorbensbett und neu positionierbaren Ein- und Ausgängen.Such a SMB method results in a repetitive regime after a certain time. This is called a cyclic-stationary state. In this state, there are characteristic, repetitive after a cycle time concentration profiles in the outlet streams caused by the periodic switching. US Pat. No. 2,985,589 describes such an SMB process for the continuous chromatographic separation of multicomponent fluid mixtures with a fixed adsorbent bed containing solids and repositionable inlets and outlets.
Das in US 2 985 589 beschriebene Verfahren wird mit konstanten Betriebsparametern, wie den zu- und abgeführten Volumenströmen, der Zeitdauer einer Takteinheit und den Konzentrationen der zugeführten Mehrkomponentenfluidmischung und des Lösemittels, betrieben. Es soll im Folgenden als „konventionelles Verfahren" bezeichnet werden.The method described in US Pat. No. 2,985,589 is operated with constant operating parameters, such as the volume flows supplied and withdrawn, the duration of a clock unit and the concentrations of the multicomponent fluid mixture supplied and the solvent. It will be referred to hereinafter as the "conventional method".
US 5 102 553 beschreibt ein SMB-Verfahren, bei dem die zu- und abgeführten Volumenströme der Mehrkomponentenfluidmischung, des Lösemittels, des Extraktstromes, des Raffinatstromes und die der kreislaufinternen Zirkulationsströme zeitveränderlich innerhalb einer Takteinheit gestaltet werden (,,Powerfeed"-Verfahren). Hierdurch kann eine Erhöhung der Produktivität gegenüber den SMB-Verfahren mit konstanten Betriebsparametern erreicht werden.US Pat. No. 5,102,553 describes an SMB process in which the added and removed volume flows of the multicomponent fluid mixture, the solvent, the extract stream, the raffinate stream and the circulating circulation streams are designed to be variable in time within one cycle unit ("power feed" method) An increase in productivity over SMB processes with constant operating parameters can be achieved.
In WO A 0025885 wird ein Prozess vorgeschlagen, der ein asynchrones Umschalten von Zu- und Abläufen vorsieht. Dies entspricht dem VariCol-Verfahren. Im Gegensatz zu den kon- ventionellen SMB-Verfahren werden hierbei die Anschlussstellen der Zu- und Abläufe in verschiedenen Zeitpunkten neu positioniert, so dass sich variable Trennzonenlängen pro Zeiteinheit ergeben. Auf diese Weise wird eine Erhöhung der Produktivität erzielt.WO A 0025885 proposes a process which provides asynchronous switching of feeds and outlets. This corresponds to the VariCol process. In contrast to the conventional SMB methods, the connection points of the inlets and outlets are repositioned at different times, resulting in variable separation zone lengths per time unit. In this way, an increase in productivity is achieved.
In US 2006/023459 wird eine Variation des VariCol-Verfahrens gezeigt, in der zwischen zwei Zonen die Konzentration des Stromes durch einen zusätzlichen Verfahrensschritt erhöht wird.In US 2006/023459 a variation of the VariCol method is shown in which between two zones the concentration of the stream is increased by an additional process step.
WO 2004014511 beschriebt ein SMB-Verfahren, in dem innerhalb einer Takteinheit die Konzentration der zulaufenden Mehrkomponentenfluidmischung verändert wird. Dies entspricht dem ModiCon-Verfahren.WO 2004014511 describes an SMB process in which the concentration of the incoming multicomponent fluid mixture is changed within one cycle unit. This corresponds to the ModiCon method.
In diesem Verfahren kann durch Zuführen einer höher konzentrierten Mehrkomponentenfluidmischung beispielsweise im vierten Viertel einer Taktzeit eine Steigerung der Produktivität, der Produktkonzentration sowie eine Verringerung des spezifischen Lösemittelverbrauchs erzielt werden.In this process, by feeding a more concentrated multicomponent fluid mixture, for example, in the fourth quarter of a cycle time, an increase in productivity, the product concentration and a reduction of the specific solvent consumption can be achieved.
US 2 985 589, US 5 102 553 und WO 200401451 1 beschreiben Verfahren, die auf einem kontinuierlichen Auffangen der austretenden Extrakt- und Raffinatströme beruhen. Diese Verfahren müssen derart betrieben werden, so dass gemittelt über die gesamte Taktzeit eine vorgegebene hohe integrale Reinheit erzielt werden kann. Dies führt bei sehr hohen Zielreinheiten zu Einbußen in der Produktivität.US 2 985 589, US 5 102 553 and WO 200401451 1 describe processes based on continuous collection of the exiting extract and raffinate streams. These methods must be operated in such a way that averaged over the entire cycle time a predetermined high integral purity can be achieved. This leads to loss of productivity at very high target purities.
Alternativ dazu wird in Y. -S. Bae und C-H. Lee „Partial-discard strategy for obtaining high purity products using simulated movid bed Chromatography", Journal of Chromatography A, 1 122: 161 - 173 (2006) ein S M B-Verfahren vorgeschlagen, bei dem innerhalb einer Taktzeit nur ein Teil des austretenden Extrakt- oder Raffinatstroms aufgefangen wird (Fraktionie- rungsverfahren). Bei dem beschriebenen Verfahren wird der nicht aufgefangene Teil verwor- fen. Ein Rückführen des nicht aufgefangenen Anteils in den Vorlagetank der initialen Mehr- komponentenfluidmischung wird nur für den Fall vorgeschlagen, wenn dieser Tank groß und der rückzuführende Anteil klein sein, um die Einlaufkonzentration der Mehrkomponentenmischung nicht zu verändern. Das in Journal of Chromatography A, 1 122: 161 - 173 (2006) beschriebene Verfahren hat den Nachteil, dass ein teilweises Verwerfen des Auslassstroms zu Einbußen in Produktivität und Ausbeute führt.Alternatively, in Y.S. Bae and C-H. Lee "Partial-discard strategy for obtaining high purity products using simulated mobile bed chromatography", Journal of Chromatography A, 1 122: 161-173 (2006) proposed an SM B method in which within a cycle time only part of the exiting extract The unrecorded portion is discarded in the method described, and recirculation of the unaccumulated portion into the reservoir tank of the initial multicomponent fluid mixture is proposed only in the case where this tank is large and large the proportion to be recycled may be small in order not to change the inlet concentration of the multicomponent mixture The method described in Journal of Chromatography A, 1 122: 161-173 (2006) has the disadvantage that partial discarding of the outlet stream leads to losses in productivity and yield ,
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur chromatographischen Trennung von Komponenten einer Mehrkomponentenfluidmischung mittels des Simulated Moving Bed-Verfahrens zur Verfügung zu stellen, welches eine hohe Produk- tivität bei einem hohen vorgegebenen Grad an Reinheit der getrennten Komponenten sowie eine Verringerung der Betriebskosten ermöglicht. Es soll ebenso eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung gestellt werden.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for the chromatographic separation of components of a multi-component fluid mixture by means of the simulated moving bed method, which has a high productivity with a high predetermined degree of purity of the separated components as well as a reduction of the Operating costs enabled. It should also be provided an apparatus for performing the method.
Diese Aufgabe wird verfahrensseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und vor- richtungsseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 18 gelöst.This object is achieved on the method side by the features of claim 1 and on the device side by the features of claim 18.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass erfindungsgemäß bei einem Verfahren zur chromatographischen Trennung von Komponenten einer Mehrkomponentenfluidmischung mittels eines Simulated Moving Bed-Verfahrens der an ersten und/oder zweiten Aus- gangen abgeleitete Raffinatstrom und/oder Extraktstrom zumindest teilweise jeweils in mindestens einem Behälter zwischengelagert und in einer Takteinheit dem ersten und/oder zweiten Eingang abwechselnd oder zeitgleich mit der Mehrkomponentenfluidmischung und/oder dem Lösemittel den Kammern oder Kammerabschnitten rückkoppelnd zugeführt werden/wird. Hierfür werden die Mehrkomponentenfluidmischung und mindestens ein Lösemittel einer Mehrzahl von mindestens einen Stoff enthaltenen Kammern oder Kammerabschnitten an dem ersten und zweiten Eingang zugeführt und der Extraktstrom, der mindestens eine erste von der Mehrkomponentenfluidmischung abgetrennte Komponente enthält, sowie der Raffinatstrom, der mindestens eine zweite von der Mehrkomponentenfluidmi- schung abgetrennte Komponente enthält, aus den Kammern oder Kammerabschnitten an einem ersten und zweiten Ausgang abgeleitet. Die Kammern oder Kammerabschnitte bilden einen geschlossenen Kreislauf und sind somit in Reihen miteinander verbunden. Die Anschlussstellen der jeweils zwischen zwei Kammern oder Kammerabschnitten des Kreislaufs angeordneten ersten und zweiten Ein- und Ausgänge werden nach Ablauf einer zyklischen Takteinheit zwischen zwei weiteren Kammern oder Kammerabschnitten des Kreislaufes neu positioniert.An essential point of the invention is that according to the invention, in a method for the chromatographic separation of components of a multicomponent fluid mixture by means of a simulated moving bed method, the first and / or second output proceed derived raffinate stream and / or extract stream at least partially stored in each case in at least one container and fed in a clock unit the first and / or second input alternately or simultaneously with the Mehrkomponentenfluidmischung and / or the solvent the chambers or chamber sections rückkoppelnd / is. For this purpose, the multicomponent fluid mixture and at least one solvent are supplied to a plurality of chambers or chamber sections containing at least one substance at the first and second inlet and the extract stream containing at least a first component separated from the multicomponent fluid mixture and the raffinate stream containing at least a second of the Component component containing multicomponent fluid mixture, derived from the chambers or chamber sections at a first and second output. The chambers or chamber sections form a closed circuit and are thus connected in rows. The connection points of the respectively arranged between two chambers or chamber sections of the circuit first and second inputs and outputs are repositioned after the expiration of a cyclic clock unit between two other chambers or chamber sections of the circuit.
Mit einem derartigen Verfahren wird zumindest einer der beiden austretenden Ströme zu einem Teil innerhalb einer Takteinheit aufgefangen, woraus sich resultierend pro Auslass mindestens zwei Teilströme ergeben, von denen mindestens einer in mindestens einem Tank gesammelt und dessen/deren Inhalt in einem definierten Zeitraum innerhalb der Taktzeit in einem frei zu wählenden Zulaufregime abwechselnd oder gleichzeitig mit der initialen Mehrkomponentenfluidmischung in die Trennvorrichtung eingebracht wird. Es wird somit der zurückgeführte Strom nicht mit der ursprünglichen Mehrkomponentenfluidmischung ver- mischt. Vielmehr werden die Unterschiede in den Konzentrationen der Komponenten und dem Verhältnis dieser zueinander erfindungsgemäß bewusst ausgenutzt, um eine Steigerung der Reinheit zu erzielen. Gegenüber dem ModiCon-Verfahren wird, wenn nicht die initiale Mehrkomponentenfluidmischung in die Anlage eingebracht wird, eine bereits angetrennte Fraktion eingebracht. In dieser ist das Verhältnis der Komponenten zugunsten mindestens einer Komponente verschoben. Das ModiCon-Verfahren beruht auf einem Ausnutzen von Nichtlinearitäten der Adsorbtionsisotherme, welches als Einschränkung bei dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht gegeben ist. Es wird somit der abgezweigte Strom in einem oder mehreren Behälter, beispielsweise in Form von Tanks, gesammelt und anschließend innerhalb eines sich zyklisch wiederholten definierten Zeitraumes innerhalb der Taktzeit in einem definierten Einspeiseregime vorzugsweise abwechselnd mit den eigentlichen zugeführten Mehrkomponentenfluidmischungen in die Vorrichtung eingebracht. Der nicht rückgeführte Teilstrom, der den vorgegebenen Reinheitsgrad erreicht, wird aus dem System abgeführt und in einem hierfür vorgesehenen Speichermedium aufgefangen. Diese Vorgehensweise kann die Produktivität des Prozesses für gegebene Reinheiten steigern.With such a method, at least one of the two exiting streams is collected to a part within a cycle unit, resulting in at least two partial streams result per outlet, of which at least one collected in at least one tank and its contents in a defined period of time within the cycle time is introduced in a freely selectable feed regime alternately or simultaneously with the initial multi-component fluid mixture in the separator. Thus, the recycled stream is not mixed with the original multicomponent fluid mixture. Rather, the differences in the concentrations of the components and the ratio of these to each other according to the invention deliberately exploited in order to achieve an increase in the purity. Compared to the ModiCon process, if the initial multicomponent fluid mixture is not introduced into the system, an already separated fraction is introduced. In this, the ratio of the components is shifted in favor of at least one component. The ModiCon method is based on utilizing nonlinearities of the adsorption isotherm, which is not limited to the subject of the present invention. It is thus the branched stream in one or more containers, for example in the form of tanks, collected and then introduced within a cyclically repeated defined period within the cycle time in a defined feed regime preferably alternately with the actual supplied multicomponent fluid mixtures in the device. The non-recirculated partial flow, which reaches the specified degree of purity, is removed from the system and collected in a storage medium provided for this purpose. This procedure can increase the productivity of the process for given purities.
Erfindungsgemäß wird somit die Mehrkomponentenfluidmischung, der Inhalt mindestens eines der Behälter (Recycletank), der für die Lagerung des zurückzuführenden Anteils des Raffinat- und/oder Extraktstromes vorgesehen ist und der somit mindestens eine der Komponenten enthält und mindestens ein Lösemittel einer Mehrzahl von mindestens einem Feststoff, vorzugsweise Adsorbensmaterial, enthaltenden Kammern oder Kammerabschnitten an einem ersten oder zweiten Eingang zugeführt. Hierbei wird innerhalb der Taktzeit zu einem definierten Zeitpunkt der Zulauf von entweder einem Behälter, der ausschließlich die Mehrkomponentenfluidmischung enthält, auf mindestens einen Recycletank oder von mindestens einem Recycletank auf den Behälter der Mehrkomponentenfluidmischung umgeschaltet. Dies geschieht mittels eines Ventils. Zeitpunkt und Reihenfolge einer derartigen Umschal- tung haben einen Einfluss auf die Trennleistung der das erfindungsgemäße Verfahren umsetzenden Vorrichtung.According to the invention, therefore, the multicomponent fluid mixture, the content of at least one of the containers (recycled tank), which is provided for the storage of the zurückzuführenden portion of the raffinate and / or extract stream and thus contains at least one of the components and at least one solvent of a plurality of at least one solid , Preferably, adsorbent material containing chambers or chamber sections supplied at a first or second input. In this case, within the cycle time at a defined time, the feed of either a container containing exclusively the multicomponent fluid mixture is switched over to at least one recycling tank or of at least one recycling tank to the container of the multicomponent fluid mixture. This is done by means of a valve. The timing and sequence of such switching have an influence on the separation performance of the device implementing the method according to the invention.
Innerhalb der Taktzeit wird mindestens einer der aus der Vorrichtung abgeleiteten Komponenten bzw. Auslassströme in mindestens einen der Recycletanks umgeleitet.Within the cycle time, at least one of the components or outlet streams derived from the device is diverted into at least one of the recycling tanks.
Nach Ablauf einer sich zyklisch wiederholenden Taktzeit werden die Kammern durch ein Multipositionsventil um eine Position in Gegenrichtung zum Strom der fluiden Masse verschoben. Alternativ werden die Anschlussstellen der jeweils zwischen zwei Kammern und Kammerabschnitten des Kreislaufs angeordneten ersten und zweiten Ein- und Ausgänge nach Ablauf einer zyklischen Taktzeit zwischen zwei weiteren Kammern oder Kammerabschnitten des Kreislaufs neu positioniert. Es ist ebenso ein Betrieb in einem offenen Kreislauf („Open Loop-SMB") möglich. In diesem Fall kann die Regenerationszone der Flüssigphase weggelassen werden. Die Anzahl der Zonen verringert sich auf drei.After expiration of a cyclically repeating cycle time, the chambers are displaced by a multi-position valve by one position in the opposite direction to the flow of the fluid mass. Alternatively, the connection points of the respectively arranged between two chambers and chamber sections of the circuit first and second inputs and outputs are repositioned after a cyclic cycle time between two other chambers or chamber sections of the circuit. It is also possible to operate in an open-loop SMB, in which case the regeneration zone of the liquid phase can be omitted, reducing the number of zones to three.
Vorteilhaft kann der Gegenstand der vorliegenden Erfindung auf herkömmliche SMB-Advantageously, the subject of the present invention can be applied to conventional SMB
Verfahren und sie nutzende Vorrichtungen angewendet werden. Auch eine Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Verfahren, die innerhalb einer Taktzeit den Volumenstrom der zulaufenden Mehrkomponentenfluidmischung variieren („Powerfeed") ist möglich. Für den Fall des Vorliegens von nichtlinearen Adsorbtionsisothermen ist ebenso eine Kom- bination mit dem ModiCon-Verfahren möglich. Ebenso kann das erfindungsgemäße Verfahren für Prozesse mit asynchronen Schaltzeiten („ VARICOL") verwendet werden.Procedures and devices that use them. A combination of the method according to the invention with methods which vary the volume flow of the incoming multicomponent fluid mixture within one cycle time ("power feed") is also possible In the case of the presence of non-linear adsorption isotherms, a combination with the ModiCon method is also possible the method according to the invention can be used for processes with asynchronous switching times ("VARICOL").
Die rückkoppelnde Zuführung des abgeleiteten Raffinatstromes und/oder des abgeleiteten Extraktstromes kann innerhalb einer der erfolgten Ableitung nachfolgenden Takteinheit durchgeführt werden oder innerhalb derselben Takteinheit stattfinden.The feedback feed of the derived raffinate stream and / or the extracted extract stream can be carried out within a clock unit following the discharge or take place within the same cycle unit.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird in mindestens einem ersten Zeitabschnitt der Takteinheit der gesamte abgeleitete Raffinatstrom und/oder Extraktstrom als Produkt mit gewünschtem Reinheitsgrad abgeführt und in einem mindestens zweiten Zeitabschnitt der Takteinheit der gesamte abgeleitete Raffinatstrom und/oder Extraktstrom rückkoppelnd zugeführt.According to a preferred embodiment, in at least a first time segment of the clock unit, the entire discharged raffinate stream and / or extract stream is removed as a product of the desired degree of purity, and the entire discharged raffinate stream and / or extract stream are fed back in an at least second period of the cycle unit.
Sowohl der Druck als auch die Temperatur der zugeführten Mehrkomponentenfluidmischung und/oder des Lösemittels können innerhalb einer Takteinheit stufenweise und/oder kontinu- ierlich verändert werden.Both the pressure and the temperature of the supplied multicomponent fluid mixture and / or of the solvent can be changed step by step and / or continuously within one cycle unit.
Die Zusammensetzung des Lösemittels sowie der Gehalt mindestens eines zusätzlich miteingebrachten Modifikators in der Mehrkomponentenfluidmischung können vorzugsweise stufenweise und/oder kontinuierlich verändert werden.The composition of the solvent and the content of at least one additional co-incorporated modifier in the multicomponent fluid mixture may preferably be changed stepwise and / or continuously.
Es wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mindestens ein Feststoff verwendet, der dafür geeignet ist, in den einzelnen Kammern oder Kammerabschnitten unterschiedliche Wanderungsgeschwindigkeiten der einzelnen Komponenten der Mehrkomponentenfluidmischung hervorzurufen. Hierbei kann es sich um ein Adsorbensmaterial handeln. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird als Lösemittel eine Mischung aus einer Mehrzahl von Fluiden und/oder eine Mischung mindestens eines Fluids mit einem nieder- oder hochmolekularen Modifikator verwendet.It is used according to a preferred embodiment, at least one solid which is suitable for causing different migration speeds of the individual components of the multi-component fluid mixture in the individual chambers or chamber sections. This may be an adsorbent material. According to a preferred embodiment, the solvent used is a mixture of a plurality of fluids and / or a mixture of at least one fluid with a low or high molecular weight modifier.
Als Lösemittel und/oder Mehrkomponentenfluidmischung kann ein Gas oder eine Mischung aus einer Mehrzahl von Gasen verwendet werden, das/die im überkritischen oder unterkritischen Zustand ist/sind.As the solvent and / or multi-component fluid mixture, a gas or a mixture of a plurality of gases which are in the supercritical or subcritical state may be used.
Das Lösemittel kann ebenso zu trennende Komponenten enthalten. Hierbei weist das Lösemittel mit den zu trennenden Komponenten und das Lösemittel ohne die zu trennenden Komponenten verschiedene Zusammensetzungen und/oder Fähigkeiten hinsichtlich einer Beeinflussung eines Bindungsverhaltens der zu trennenden Komponenten gegenüber dem Feststoff auf.The solvent may also contain components to be separated. Here, the solvent with the components to be separated and the solvent without the components to be separated have different compositions and / or abilities with regard to influencing a bonding behavior of the components to be separated from the solid.
In den Kammern oder Kammerabschnitten kann eine chemische Reaktion zur Herstellung und Trennung von den Komponenten durchgeführt werden.In the chambers or chamber sections, a chemical reaction for the preparation and separation of the components can be carried out.
Die Anschlussstellen der ersten und zweiten Ein- und Ausgänge werden zu verschiedenen Zeitpunkten neu positioniert.The junctions of the first and second inputs and outputs are repositioned at different times.
Mindestens ein Volumenstrom der Mehrkomponentenfluidmischung des Lösemittels, des Extraktstromes, des Raffinatstromes und kreislaufinterner Zirkulationsströme innerhalb einer Takteinheit werden stufenweise und/oder kontinuierlich verändert.At least one volume flow of the multicomponent fluid mixture of the solvent, the extract stream, the raffinate stream and in-circuit circulating streams within one cycle unit are changed stepwise and / or continuously.
Es wird eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gezeigt, welche vorteilhaft aus mindestens vier Kammern mit dazwischenliegenden Ein- bzw. Ausgängen besteht. Zur Abzweigung desjenigen Anteils des abgeleiteten Raffinat- oder Extraktstromes ist zusätzlich ein erstes Ventil, welches zwischen dem aus der Vorrichtung abzuführenden Strom und dem rückzuführenden Strom umschaltet, und ein zweites Ventil, welches zwischen der zuzuführenden Mehrkomponentenfluidmischung und dem in die Vorrichtung rückzuführenden Strom umschaltet, angeordnet. Zwischen dem ersten und zweiten Ventil ist mindestens ein Behälter zum Zwischenspeichern bzw. Zwischenlagern des abgezweigten Stromes angeordnet. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.A device for carrying out such a method is shown, which advantageously consists of at least four chambers with intermediate inputs and outputs. For branching off that portion of the derived raffinate or extract stream, a first valve, which switches between the stream to be discharged from the device and the stream to be recycled, and a second valve, which switches between the multicomponent fluid mixture to be fed and the stream to be recycled into the device, are additionally arranged , Between the first and second valve at least one container for temporary storage or intermediate storage of the branched stream is arranged. Further advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:Advantages and expediencies can be found in the following description in conjunction with the drawing. Hereby show:
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur chromatographischen Trennung von Komponenten gemäß dem aus dem Stand der Technik bekannten SMB-Verfahren nach dem Moving Column-Prinzip;Figure 1 is a schematic representation of an apparatus for performing a method for the chromatographic separation of components according to the known from the prior art SMB method according to the Moving Column principle.
Fig. 2 in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur chromatographischen Trennung von Komponenten gemäß dem aus dem Stand der Technik bekannten SMB-Verfahren gemäß dem Moving-Port-Prinzip;2 is a schematic representation of an apparatus for carrying out a method for the chromatographic separation of components according to the SMB method known from the prior art according to the moving-port principle;
Fig. 3 in einem Diagramm beispielhaft Konzentrationsprofile an einem Raffinatausgang einer das herkömmliche SMB-Verfahren verwendenden Vorrichtung;Fig. 3 is a graph showing exemplary concentration profiles on a raffinate outlet of a device using the conventional SMB method;
Fig. 4 in einem Diagramm beispielhaft Konzentrationsprofile an einem Extraktausgang einer das herkömmliche SMB-Verfahren verwendenden Vorrichtung;Fig. 4 is a diagram showing exemplary concentration profiles at an extract outlet of an apparatus using the conventional SMB method;
Fig. 5 in einem Diagramm beispielhaft den Verlauf eines integralen und differen- zialen Reinheitsgrades der Zielkomponente im Raffinatstrom innerhalb einer Taktzeit bzw. Takteinheit in einem herkömmlichen SMB-Verfahren;5 is a diagram showing the course of an integral and differential degree of purity of the target component in the raffinate stream within a cycle time or clock unit in a conventional SMB method;
Fig. 6 in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 7 in einem Diagramm beispielhaft Konzentrationsprofile des Raffinatstromes einer das erfindungsgemäße SMB-Verfahren verwendenden Vorrichtung; und6 shows a schematic representation of a device for carrying out the method according to the invention according to an embodiment of the invention; FIG. 7 shows a diagram of exemplary concentration profiles of the raffinate stream of a device using the SMB method according to the invention; FIG. and
Fig. 8 in einem Diagramm beispielhaft Konzentrationsprofile des Extraktstromes einer das erfindungsgemäße SMB-Verfahren verwendenden Vorrichtung.8 shows a diagram of concentration profiles of the extract stream of an apparatus using the SMB method according to the invention by way of example.
In Fig. 1 wird in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur chromatographischen Trennung gemäß dem SMB-Verfahren nach dem Stand der Technik gezeigt. Eine Mehrkomponentenfluidmischung (Feed) 1 wird ebenso wie ein Lösemittel (Eluens) 2 an Eingängen 5 beziehungsweise 6 zugeführt.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a schematic representation of an apparatus for carrying out a method for chromatographic separation according to the SMB method according to the prior art. A multicomponent fluid mixture (feed) 1 is supplied as well as a solvent (eluent) 2 at inputs 5 and 6, respectively.
Ein Raffinatstrom 3 und ein Extraktstrom 4 werden an Ausgängen 7 beziehungsweise 8 der Vorrichtung entnommen. Die Vorrichtung besteht aus insgesamt vier als Trennzonen agie- rende Kammern 9, 10, 11 und 12, welche reihenartig miteinander zu einem Kreislauf verbunden sind. Zwischen den Kammern 9, 10, 11 und 12 sind die Anschlussstellen für die Eingänge 5, 6 und die Anschlussstellen für die Ausgänge 7, 8 vorhanden.A raffinate stream 3 and an extract stream 4 are withdrawn at outputs 7 and 8, respectively, of the apparatus. The device consists of a total of four chambers 9, 10, 11 and 12 acting as separation zones, which are connected in a row to one another in a circuit. Between the chambers 9, 10, 11 and 12, the connection points for the inputs 5, 6 and the connection points for the outputs 7, 8 are present.
Ein Feststoff liegt fixiert in mindestens einer der vier Kammern 9 - 12 verteilt vor, wobei die Kammern unterschiedlich schnell von dem Lösemittel durchströmt werden. Um den Gegenstrom der festen Phase zu erzeugen, werden die Kammern periodisch nach dem Verstreichen einer Taktzeit bzw. innerhalb einer Takteinheit in Gegenrichtung zu dem Strom der flüssigen Phase bewegt. Die zu trennende Mehrkomponentenfluidmischung wird hierbei der Vorrichtung kontinuierlich mittig zugeführt.A solid is fixed in at least one of the four chambers 9 - 12 before, wherein the chambers are flowed through the solvent at different speeds. In order to generate the countercurrent of the solid phase, the chambers are moved periodically after the lapse of one cycle time or within one cycle unit in the opposite direction to the flow of the liquid phase. The multicomponent fluid mixture to be separated is in this case continuously fed to the center of the device.
Durch die Positionen der Ein- und Ausgänge werden vier Zonen festgelegt, in denen durch einen jeweils anderen Volumenstrom der Flüssigphase eine andere Relativgeschwindigkeit von flüssiger und fester Phase vorliegt. Bei geeigneter Einstellung dieser Relativgeschwindigkeiten bewegen sich stärker adsorbierende Komponenten mit der festen Phase in Rich- tung eines abgeleiteten Extraktstromes und schwächer adsorbierende Komponenten mit dem Lösemittel in Richtung eines abgeleiteten Raffinatstromes. Die Trennung der Komponenten findet weitestgehend in den Zonen Il und III statt, wohingegen die Zonen I und IV zur Regeneration des Feststoffes, der beispielsweise ein Adsor- bensmaterial sein kann, und des Lösemittels dienen.The positions of the inputs and outputs define four zones in which a different relative velocity of the liquid and solid phases is present due to a different volume flow of the liquid phase. With appropriate adjustment of these relative velocities, more strongly adsorbing components will move with the solid phase in the direction of a derived extract stream and less adsorbent components with the solvent in the direction of a derivative raffinate stream. The separation of the components largely takes place in the zones II and III, whereas the zones I and IV serve for the regeneration of the solid, which can be for example an adsorbent material, and the solvent.
Mit dem Pfeil 17 wird die Richtung des Column-Switching, also das Moving Column-Prinzip gezeigt.The arrow 17 shows the direction of the column switching, ie the moving column principle.
Die in Fig. 2 wiedergegebene Vorrichtung entspricht der in Fig. 1 wiedergegebenen Vorrichtung mit der Ausnahme, dass mittels des Pfeiles 18 die Richtung des Port-Switchings, also das Moving-Port-Prinzip gezeigt wird.The reproduced in Fig. 2 device corresponds to the reproduced in Fig. 1 device with the exception that by means of the arrow 18, the direction of the port switching, so the moving port principle is shown.
In Fig. 3 wird in einem Diagramm das Konzentrationsprofil an dem Raffinatauslass bei einer das herkömmliche SMB-Verfahren verwendenden Vorrichtung wiedergegeben. Über die Ordinate 19 wird die Konzentration des Raffinatstromes, also einer Zielkomponente A gemäß Bezugszeichen 21 und die anteilige Verschmutzungskomponente B mit dem Bezugszeichen 22 wiedergegeben. Über die Abszisse 20 ist der zeitliche Verlauf der Konzentration aufgetragen.FIG. 3 is a graph showing the concentration profile at the raffinate outlet in a device using the conventional SMB method. The ordinate 19 represents the concentration of the raffinate stream, that is to say a target component A in accordance with reference numeral 21, and the proportionate soiling component B with the reference numeral 22. About the abscissa 20, the time course of the concentration is plotted.
Der zeitliche Verlauf entspricht zwei vollständigen Takteinheiten bzw. zwei vollständigen Taktzeiten. Die zu trennenden Komponenten können in der Mehrkomponentenfluidmischung in einer hohen Konzentration oder ungelöst vorliegen und vor der Anwendung des SMB- Verfahrens auf eine bestimmte Konzentration verdünnt bzw. gelöst werden. Beispielsweise liegen beiden Komponenten in gleicher Konzentration vor. Die hierbei angewandten Bedingungen sind in einer nachfolgenden Tabelle 1 und die hierbei verwendeten Leistungspara- meter in einer nachfolgenden Tabelle 2 zusammengefasst.The time course corresponds to two complete clock units or two complete cycle times. The components to be separated may be present in the multicomponent fluid mixture in a high concentration or undissolved and diluted or dissolved to a particular concentration prior to application of the SMB process. For example, both components are present in the same concentration. The conditions used in this case are summarized in a following Table 1 and the performance parameters used here in a following Table 2.
In Fig. 4 wird in einem Diagramm, in dem ebenso die Konzentration 23 über den Zeitverlauf 24 aufgetragen ist, der Extraktauslass in seinem Profil wiedergegeben, also der zeitliche Konzentrationsverlauf 25 der Zielkomponente B und der zeitliche Konzentrationsverlauf 26 der anteiligen Verschmutzungskomponente A.4, the extract outlet is shown in its profile, that is to say the temporal concentration profile 25 of the target component B and the temporal concentration profile 26 of the proportionate soiling component A in a diagram in which the concentration 23 is likewise plotted over the course of time 24.
Durch die Umschaltvorgänge wird beim SMB-Verfahren ein zyklisch stationärer Zustand erreicht. In diesem Zustand sind an beiden Auslässen sich zyklisch gleichbleibend wiederholende Konzentrationsprofile zu erkennen. Typischerweise kann bei erfolgreichem Betrieb ein Auftreten der unerwünschten Komponente erst gegen Ende, wie die Komponente B im Raffinatstrom oder nur am Anfang, wie die Komponente A im Extraktstrom, einer Taktzeit gesehen werden.Due to the switching operations, a cyclically stationary state is achieved in the SMB method. In this state, cyclically constantly repeating concentration profiles can be recognized at both outlets. Typically, a successful operation can Occurrence of the undesirable component towards the end, as the component B in the raffinate or only at the beginning, as the component A in the extract stream, a cycle time are seen.
Die austretenden Ströme werden über den gesamten Zeitraum aufgefangen. Integral gemit- telt soll über die Dauer des gesamten Taktes und somit über die gesamte Prozessdauer eine Reinheit von beispielsweise 88 Gew-% an beiden Auslässen erzielt werden.The exiting streams are collected over the entire period. In integral terms, a purity of, for example, 88% by weight at both outlets is to be achieved over the duration of the entire cycle and thus over the entire process duration.
Eine Taktzeit kann nun in beliebig kurze Unterabschnitte unterteilt werden. Zu jedem dieser Zeitpunkte können die differenzielle und die bis zu diesem Zeitpunkt erzielte integrale Reinheit an den beiden Auslässen bestimmt werden. Die differenzielle Reinheit gibt das Verhältnis der Konzentration von Zielkomponente und mindestens einer aus dem betrachteten Aus- lass austretenden Nicht-Zielkomponente zu dem aktuellen Zeitpunkt an. Die integrale Reinheit kann das Verhältnis von Zielkomponente und mindestens einer aus dem betrachteten Auslass austretenden Nicht-Zielkomponenten von dem Anfang des Taktes bis zu dem aktuellen Zeitpunkt angeben.A cycle time can now be divided into arbitrarily short subsections. At each of these times, the differential purity and the integral purity obtained at that time at the two outlets can be determined. The differential purity indicates the ratio of the concentration of the target component and at least one non-target component leaving the considered outlet at the current time. The integral purity may indicate the ratio of the target component and at least one non-target component exiting the considered outlet from the beginning of the clock to the current time.
In Fig. 5 wird in einem Diagramm der Reinheitsgrad in % gemäß der Ordinate 27 und die Taktdauer in % gemäß der Abszisse 28 von der integralen Reinheit 29 und der differenziel- len Reinheit 30 für den Raffinatstrom wiedergegeben. Es ist deutlich zu erkennen, dass die integrale Reinheit den Schwellenwert der gewünschten Zielreinheit bei 83,0 % der Taktdauer unterschreitet (31 ).FIG. 5 is a diagram showing the degree of purity in% according to the ordinate 27 and the cycle time in% according to the abscissa 28 of the integral purity 29 and the differential purity 30 for the raffinate stream. It can be clearly seen that the integral purity falls below the threshold of the desired target purity at 83.0% of the cycle time (31).
In Fig. 6 ist in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wiederum wird eine Mehrkomponentenfluidmischung 41 an einem Eingang 45 und ein Lösemittel 42 an einem Eingang 46 der Vorrichtung zugeführt. Ebenso wird ein Raffinatstrom 43 an einem Ausgang 47 und ein Extraktstrom 44 an einem Ausgang 48 abgeleitet.FIG. 6 shows a schematic illustration of an apparatus for carrying out the method according to the invention in accordance with an embodiment of the invention. Again, a multicomponent fluid mixture 41 is supplied at an inlet 45 and a solvent 42 at an inlet 46 of the apparatus. Likewise, a raffinate stream 43 is discharged at an outlet 47 and an extract stream 44 at an outlet 48.
Die Vorrichtung besteht wiederum aus insgesamt vier Kammern 49, 50, 51 und 52, die reihenartig in einem geschlossenen Kreislauf miteinander verbunden sind. Mit dem Bezugszeichen 57 wird die Richtung des Column-Switching wiedergegeben. Mittels der Pfeile 53, 54, 55 und 56 wird der Strömungsverlauf innerhalb der Kammern und des hierdurch gebildeten Kreislaufes gezeigt.The device in turn consists of a total of four chambers 49, 50, 51 and 52, which are connected in a row in a closed circuit. Reference numeral 57 represents the direction of the column switching. By means of the arrows 53, 54, 55 and 56, the flow course within the chambers and the cycle formed thereby is shown.
Die Ableitung 58 des Raffinatstromes 43 am Ausgang 47 wird gemäß dieser Ausführungs- form der Erfindung in ein Auslassventil 59 übergeleitet, indem eine Umschaltung in Abhängigkeit davon stattfindet, ob ein Raffinatstrom mit der erforderlichen Reinheit der getrennten Komponente oder der nicht erforderlichen Reinheit vorliegt. Bei Vorliegen der gewünschten Reinheit findet eine Umschaltung zum Abführen der getrennten Komponente gemäß dem Bezugszeichen 60 statt. Bei Nichtvorliegen der geforderten Reinheit findet eine Umschaltung in Richtung 61 statt, so dass dieser abgetrennte Anteil des Raffinatstromes in einen Tank bzw. Behälter 62, in welchem sich nun typischerweise eine Flüssigkeit, die mit einer Komponente A angereichert ist, befindet. Bei Erreichen der Taktzeit erfolgt ein Zurückschalten auf Zustand 60.The effluent 58 from the raffinate stream 43 at the exit 47, according to this embodiment of the invention, is transferred to an outlet valve 59 by switching depending on whether a raffinate stream having the required purity of the separated component or purity is present. In the presence of the desired purity, a switchover takes place for discharging the separated component according to the reference numeral 60. In the absence of the required purity, a switchover takes place in the direction 61, so that this separated portion of the raffinate stream into a tank or container 62, in which now typically a liquid which is enriched with a component A, is located. When the cycle time is reached, the system switches back to state 60.
Ein weiteres, als Zulaufventil ausgebildetes Ventil 63 wird in Abhängigkeit davon umgeschaltet, ob der abgetrennte Raffinatstrom, welcher in dem Tank 62 bevorratet ist, über den Eingang 45 in die Kammern zurückgeleitet werden soll, oder über eine Zuleitung 65 die anfängliche Mehrkomponentenfluidmischung 41 aus einem Vorratstank 64 zugeleitet werden soll. Dies geschieht über eine Zuleitungsleitung 66.A further valve 63 designed as an inlet valve is switched depending on whether the separated raffinate stream stored in the tank 62 is to be returned to the chambers via the inlet 45 or via a feed line 65 the initial multicomponent fluid mixture 41 from a storage tank 64 should be forwarded. This is done via a supply line 66.
Es kann mit einer derartigen Vorrichtung eine Kombination von einem nur zu einem Zeitabschnitt der Taktzeit erfolgenden Auffangen von einem Raffinatstrom und einem wieder Einbringen des aufgefangenen und zwischengespeicherten Anteils zu einem späteren Zeitpunkt innerhalb einer Taktzeit anstelle der ursprünglichen Mehrkomponentenfluidmischung vorteil- haft angewendet werden. Werden z. B. die aus Fig. 5 ersichtlichen 17 % der Takteinheit, die die Reinheitsanforderungen nicht erfüllen über eine derartige Rückkoppelung des Raffinatstromes wieder den Kammern zugeführt, so kann eine verbesserte Trennung erreicht werden. Dies geht aus nachfolgenden Tabellen 1 und 2 hervor. Tabelle 1With such a device, a combination of catching a raffinate stream only for a period of the cycle time and reintroducing the intercepted and cached portion at a later time within a cycle time may be advantageously employed in place of the original multicomponent fluid mixture. Are z. For example, as shown in FIG. 5 17% of the clock unit that does not meet the purity requirements on such a feedback of the raffinate fed back to the chambers, so an improved separation can be achieved. This is shown in Tables 1 and 2 below. Table 1
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
1 nach US 2 985 589 1 to US 2,985,589
2 nach Journal of Chromatography A 1122 (2006) 161 Tabelle 1 zeigt ausgewählte Simulationsparameter für die Zielfunktion, das Produkt aus Raffinatreinheit- und Produktivität multipliziert mit Extraktreinheit und -Produktivität. 2 according to Journal of Chromatography A 1122 (2006) 161 Table 1 shows selected simulation parameters for the objective function, the product of raffinate purity and productivity multiplied by extract purity and productivity.
Die dimensionslosen Schnitt- und Zulaufpunkte ergeben sich aus der Diskretisierung einer Taktzeit in 23 (Fraktionierungsverfahren) bzw. 22 (erfindungsgemäßes Verfahren) Punkte. Die Volumendifferenz gibt an, dass bei den gewählten Bedigungen 0.0357 ml pro Schaltzeit mehr aus dem Tank gepumpt werden würden also durch Rückkopplung zugeführt werden kann. Diese Differenz wird durch einen passenden Strom reinen Lösemittels ausgeglichen.The dimensionless cutting and inflow points result from the discretization of a cycle time in 23 (fractionation method) or 22 (method according to the invention) points. The volume difference indicates that for the selected conditions 0.0357 ml per switching time would be pumped out of the tank more so that it can be supplied by feedback. This difference is compensated by a suitable stream of pure solvent.
Tabelle 2Table 2
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0001
1 nach US 2 985 589 1 to US 2,985,589
2 nach Journal of Chromatography A 1122 (2006) 161 2 according to Journal of Chromatography A 1122 (2006) 161
In Tabelle 2 sind wichtige Leistungsparamter miteinander verglichen. Die prozentuale Veränderung wird wie folgt berechnet: Veränderung[%] = 100 WertErfιndung - 100Table 2 compares important performance parameters. The percentage change is calculated as follows: Change [%] = 100 value E rfιndung - 100
VVβrt Konventionell / Fraktionierung Zu beachten ist, dass für Eluensverbrauch und Verlust ein kleinerer Wert besser ist. Im Folgenden sollen kurz die Definitionen angeführt werden.VVβrt Conventional / Fractionation It should be noted that a smaller value is better for eluent consumption and loss. In the following, the definitions are briefly mentioned.
Produktmassenstrom vom Raffinat für das Fraktionierungs- sowie das erfindungsgemäße Verfahren:Product mass flow of raffinate for the fractionation process and the process according to the invention:
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0001
Für das klassische SM B-Verfahren gilt:For the classic SM B process:
Figure imgf000018_0002
Figure imgf000018_0002
In allen Fällen wird der Produktmassenstrom im Extrakt wie folgt berechnet:In all cases, the product mass flow in the extract is calculated as follows:
X l s X l s
QE * \ {t)dtQ E * \ {t) dt
(x-l)*Ts mEx =(xl) * T s m Ex =
Tsts
Die Raffinatreinheit ist:The raffinate purity is:
Pur*" = m* 1£±—Pur * "= m * 1 £ ± -
Die Extraktreinheit ist:The extract purity is:
PurEx = 100
Figure imgf000018_0003
Produktivität für Komponente A:
Figure imgf000019_0001
Produktivität für Komponente B:
Pure Ex = 100
Figure imgf000018_0003
Productivity for component A:
Figure imgf000019_0001
Productivity for component B:
x x
PRB =PR B =
Säulenanzahl * (1 — ε ) * Säulenvolumen Für den Lösemittelverbrauch (EC) gilt:Number of columns * (1 - ε) * column volume For solvent consumption (EC):
EC = QmuenΛ QF b∑w EC = QmuenΛ QF m "1A m ''1B EC = QmuenΛ QF bΣw EC = QmuenΛ Q F m " 1 A m '' 1 B
Für die Ausbeute für das Fraktionierungs- und das erfindungsgemäße Verfahren gilt:For the yield of the fractionation process and the process according to the invention, the following applies:
YιeldΛ = - Ä Yιeld Λ = - Ä
^F CA 1 Zulauf ' 1 S^ F C A 1 inlet ' 1 S
YieldB = -^£Yield B = - ^ £
\CF CB 1 Zulauf ' 1 S\ CF C B 1 inlet ' 1 S
Für die Ausbeute für das konventionelle SMB-Verfahren gilt:The yield for the conventional SMB process is as follows:
YieldA = ^" , YieldB = m* F Yield A = ^ ", Yield B = m * F
Ä O zip * C ^AF O MF * c ^B Ä O zip * C ^ A F O MF * c ^ B
Für den Verlust für das konventionelle und das erfindungsgemäße Verfahren gilt:For the loss for the conventional and the inventive method applies:
Verlustloss
A QF * r CAF * 1TZuIaUf ' I 1TS A QF * r C A F * 1 TZuIaUf 'I 1 TS
Verlust KLoss K
A QF * r CBF * λT Zulauf ' I λT S A QF * r C B F * λ T Inlet 'I λ TS
Für das Fraktionierungsverfahren gilt:For the fractionation process:
Vorha
Figure imgf000019_0002
Für den Fall einer exemplarisch gewählten Zielreinheit von mindestens 88 % wurde in Simulationsstudien ein breites Parameterfeld verwendet und daraus beispielhaft ein Arbeitspunkt ausgewählt, der für die Zielfunktion, den Quotienten aus dem Produkt aus Reinheit und Produktivität von Raffinat und Extrakt den höchsten Wert aufweist. Die sich daraus ergebenden Parameter sind in Tabelle 1 und die Leistungsparameter in Tabelle 2 zusammengefasst.
Vorha
Figure imgf000019_0002
In the case of an exemplarily selected target purity of at least 88%, a broad parameter field was used in simulation studies and an operating point selected from this which has the highest value for the objective function, the quotient of the product of purity and productivity of raffinate and extract. The resulting parameters are summarized in Table 1 and the performance parameters in Table 2.
Zur Simulation der Anlage wurde das literaturbekannte Gleichgewichts-Dispersionsmodell (G. Golshan-Shirazi and A.M. Katti, Fundamentals of Preparative ans Nonlinear Chroma- tography, Academic Press, Boston, MA (1994) verwendet. Die numerische Berechnung er- folgt mit Hilfe des Rouchon-Algoritmus (P. Rouchon, M. Schonauer, P. Valentin andTo simulate the system, the literature-known equilibrium dispersion model (G. Golshan-Shirazi and AM Katti, Fundamentals of Preparative to the Nonlinear Chroma- tography, Academic Press, Boston, MA (1994) was used.) The numerical calculation is carried out with the aid of the Rouchon Algorithm (P. Rouchon, M. Schonauer, P. Valentin and
G. Guiochon, Sei. Sei. Technol. 22 (1987, p. 1793). Die Konzentrationen in Fest- und Flüssigphase sind über die Adsorptionsisotherme verknüpft. Im betrachteten Fall ist dies eine lineare Isotherme.G. Guiochon, Sei. Be. Technol. 22 (1987, p.1793). The concentrations in the solid and liquid phases are linked via the adsorption isotherm. In the considered case, this is a linear isotherm.
In Tabelle 1 von 2 werden vergleichsweise die Prozessparameter und Leistungsparameter für drei verschiedene angewendete Verfahren, nämlich eins nach dem US-Patent US 2 985 589 als konventionelles S M B-Verfahren, ein Fraktionierungsverfahren (Y.-S. Bae und C-H. Lee, "Partial-discard strategy for obtaining high purity produets using simulated movid bed Chromatography") und ein erfindungsgemäßes Verfahren dargestellt. Jedes dieser Verfahren wurde danach ausgewählt, dass bei einer gegebenen Mindestreinheit von 88 % möglichst maximale Werte für das Produkt aus Raffinatreinheit und Produktivität der Gewinnung von einer Komponente A sowie das Produkt aus Extraktreinheit und Produktivität der Gewinnung von einer Komponente B geliefert werden soll. Das Adsorbtions- verhalten beider Komponenten kann mit linearen Isothermen beschrieben werden.In Table 1 of Fig. 2, the process parameters and performance parameters for three different methods used, namely one according to US Patent US 2,985,589 as a conventional SM B method, a fractionation method (Y.-S. Bae and CH Lee, " Partial-discard strategy for obtaining high purity products using simulated movid bed chromatography ") and a method according to the invention. Each of these methods was selected to provide maximum values for the product of raffinate purity and productivity of recovery of component A, as well as the product of extract purity and productivity of recovery of component B, for a given minimum purity of 88%. The adsorption behavior of both components can be described by linear isotherms.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in verschiedener Weise realisierbar. Der Produktauffangzeitraum innerhalb der Takteinheit bzw. der Taktzeit ist für den Fall der Raffinatrückkopplung durch den Beginn einer Takteinheit und den Zeitpunkt, an dem die integrale Reinheit den geforderten Schwellenwert unterschreitet, begrenzt. Somit ergibt sich ein Differenz- Zeitraum zwischen dem Ende des Produktauffangszeitraumes und dem Beginn der nächsten Takteinheit. Der innerhalb dieses Zeitraums austretende Strom erfüllt nicht mehr die Reinheitsanforderungen und wird in mindestens einem Tank gesammelt, dessen Inhalt ebenfalls in periodischen Abständen dem Eingang 45 zugeführt wird. Im Falle einer Extraktrückkopplung steigt die integrale Reinheit mit zunehmender Taktdauer an und die Verschmutzung tritt zu Anfang einer Taktzeit ein. Die integrale Reinheit wird beginnend mit dem Ende der Takteinheit rückwärts in Richtung Taktanfang bestimmt. Somit ist der Produktauffangzeitraum begrenzt durch den Start des Sammeins und dem Ende der Takteinheit.The method according to the invention can be implemented in various ways. The product collection period within the clock unit or cycle time is limited in the case of raffinate feedback by the start of a clock unit and the time when the integral purity falls below the required threshold. This results in a difference period between the end of the product collection period and the beginning of the next cycle unit. The flow exiting within this period no longer meets the purity requirements and is collected in at least one tank, the contents of which are also supplied to the inlet 45 at periodic intervals. In the case of an extra feedback, the integral purity increases with increasing cycle time and the contamination occurs at the beginning of a cycle time. The integral purity is determined starting from the end of the clock unit backwards towards the beginning of the bar. Thus, the product collection period is limited by the start of the collection and the end of the clock unit.
Sowohl bei einer Raffinat- als auch einer Extraktrückkopplung sowie bei einer Kombination dieser beiden ist die Leistungsfähigkeit dieses Verfahrens und der dieses Verfahren anwendenden Vorrichtung von der Dauer und dem Zeitpunkt der Rückkopplung beeinflusst.In both raffinate and extract feedback, as well as a combination of both, the performance of this method and the apparatus employing this method is affected by the duration and timing of the feedback.
Beispielsweise wird der austretende Strom nur bis zu einem Zeitpunkt aufgefangen, bevor der Schwellenwert unterschritten wird. Dies entspricht gemäß den Figuren 3 und 4 83 %. Dieser Teil wird in einem Produkttank im Anschluss an die Leitung 60 aufgefangen. Für die restlichen 17 % der Takteinheit wird der Raffinatstrom in dem Tank 62 aufgefangen. Aus diesem wird er dann alternierend, also abwechselnd mit der initialen Mehrkomponentenflu- idmischung, dem Eingang 45 zugeleitet. Diese Rückkopplung eines Raffinatstromes, dessen Konzentrationsverhältnis typischerweise bereits zugunsten einer der Komponenten hin verschoben ist, führt dann erneut zu einer Erhöhung der Reinheit in dem von der Rückkopplung betroffenen abgegebenen Raffinatstrom 43.For example, the outgoing current is collected only until a time before the threshold is exceeded. This corresponds to Figures 3 and 4 83%. This part is collected in a product tank following line 60. For the remaining 17% of the cycle unit, the raffinate stream in the tank 62 is collected. From this, it is then alternately, so alternately with the initial Mehrkomponentenflu- idmischung, the input 45 fed. This feedback of a raffinate stream, whose concentration ratio is typically already shifted in favor of one of the components, then again leads to an increase in the purity in the feedback raffinate stream 43 which is affected by the feedback.
Die Dauer der Rückkopplung wird maßgeblich durch die Auswahl des Produktauffangzeitraumes bestimmt. Die Rückkopplungsdauer liegt typischerweise zwischen dem Beginn der Takteinheit und dem Ende der Takteinheit. Für den Fall der Raffinatrückkopplung ist es vorteilhaft, den Rückfluss aus dem Tank 62 zu Anfang der Takteinheit zu realisieren. Für den Fall der Extraktrückkopplung sollte dies genau umgekehrt, also am Ende der Takteinheit sein.The duration of the feedback is largely determined by the selection of the product collection period. The feedback period is typically between the beginning of the clock unit and the end of the clock unit. In the case of raffinate feedback, it is advantageous to realize the reflux from the tank 62 at the beginning of the cycle unit. In the case of the extra feedback, this should be exactly the opposite, ie at the end of the clock unit.
Sobald der Zeitpunkt erreicht ist, an dem die Zielreinheit unterschritten wird, wird das Auslassventil 59 derart geschaltet, dass der Raffinatstrom für den Rest des Taktes in den Tank 62 umgeleitet wird. Das Zulaufventil regelt dann, wann der Zulauf in die Kammern über den Eingang 45 aus dem Tank 62 oder stattdessen der Zulauf der initialen Mehrkomponentenflu- idmischung aus dem Behälter 64 stattfinden soll. Der Extraktstrom wird gemäß dieser Ausführungsform durchgehend aufgefangen und abgeführt. In Fig. 7 und Fig. 8 sind in Diagrammen die Konzentrationsprofile des Raffinatstromes und des Extraktstromes über die Ordinaten 67 bzw. 74 und die Abszissen 68 bzw. 75 in ihrem zeitlichen Verlauf wiedergegeben. Die Konzentrationsprofile werden für die Zielkomponente A mit dem Bezugszeichen 72, für die Zielkomponente B bei dem Extraktstrom mit dem Be- zugszeichen 79, für die anteilige Verschmutzungskomponente B mit dem Bezugszeichen 73 und für die anteilige Verschmutzungskomponente A mit dem Bezugszeichen 80 wiedergegeben.Once the time is reached at which the target purity is exceeded, the outlet valve 59 is switched so that the raffinate stream is diverted into the tank 62 for the rest of the cycle. The inflow valve then regulates when the inflow into the chambers via the inlet 45 from the tank 62 or instead the inflow of the initial multicomponent fluid mixture from the container 64 should take place. The extract stream is continuously collected and removed according to this embodiment. In FIGS. 7 and 8, the concentration profiles of the raffinate stream and the extract stream are plotted on the ordinates 67 and 74 and the abscissas 68 and 75, respectively, in their time profile. The concentration profiles are reproduced for the target component A by the reference numeral 72, for the target component B in the extract stream by the reference numeral 79, for the proportionate soiling component B by the reference numeral 73 and for the proportionate soiling component A by the reference numeral 80.
Ein Arbeitspunkt wurde aus einem durch Simulation ermittelten Datenfeld für eine exempla- risch ausgewählte Mindestreinheit von 88 % ausgewählt. Die betrachteten Bedingungen sind wiederum in der Tabelle 1 und die ermittelten Leistungsparameter in Tabelle 2 zusammenge- fasst.An operating point was selected from a data field determined by simulation for an exemplary selected minimum purity of 88%. The conditions considered are in turn summarized in Table 1 and the determined performance parameters in Table 2.
Den Tabellen kann entnommen werden, dass die mittlere Auslasskonzentration der Kompo- nente A im Raffinatstrom verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren um 45 % und gegenüber dem Fraktionierungsverfahren ohne Rückkopplung um 14 % gesteigert worden ist. Die mittlere Auslasskonzentration an der Komponente B im Extraktstrom kann verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren um 208 % gesteigert werden. Verglichen mit dem Fraktionierungsverfahren steigt sie um 7 %.From the tables it can be seen that the average outlet concentration of component A in the raffinate stream has increased by 45% compared to the conventional process and by 14% compared to the fractionation process without feedback. The average outlet concentration of component B in the extract stream can be increased by 208% as compared to the conventional method. Compared to the fractionation method, it increases by 7%.
Der erzielbare Massestrom der Komponente A aus dem Raffinatstrom kann verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren um 96 % und verglichen mit dem Fraktionierungsverfahren um 9 % gesteigert werden. Der erzielbare Massestrom der Komponente B aus dem Extraktstrom kann verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren um 90 % gesteigert werden, ver- glichen mit dem Fraktionierungsverfahren sinkt er um 31 %. Dies geschieht jedoch auf Kosten einer deutlich schlechteren Ausbeute und eines hohen Verlustes an Komponenten.The recoverable mass flow of component A from the raffinate stream can be increased by 96% compared to the conventional process and by 9% compared to the fractionation process. The recoverable mass flow of the component B from the extract stream can be increased by 90% compared to the conventional method, compared with the fractionation method it decreases by 31%. However, this occurs at the expense of a significantly poorer yield and a high loss of components.
Die Produktivität für die Komponente A aus dem Raffinatstrom kann verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren um 95 % und verglichen mit dem Fraktionierungsverfahren um 9 % gesteigert werden. Die Produktivität für die Komponente B aus dem Extraktstrom kann verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren um 90 % gesteigert werden.The productivity of component A from the raffinate stream can be increased by 95% as compared to the conventional process and by 9% as compared to the fractionation process. The productivity for the component B from the extract stream can be increased by 90% as compared with the conventional method.
Der spezifische Lösemittelverbrauch für die Komponente A aus dem Raffinatstrom wird verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren um 56 % und verglichen mit dem Fraktionie- rungsverfahren um 32 % gesenkt. Der spezifische Lösemittelverbrauch für die Komponente B aus dem Extraktstrom wird verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren um 55 % .verglichen mit dem Fraktionierungsverfahren um 7 % gesenkt.The specific solvent consumption for component A from the raffinate stream is 56% compared to the conventional process and compared to fractionation. reduced by 32%. The specific solvent consumption for component B from the extract stream is reduced by 55% compared to the conventional method, compared to the fractionation method.
Die Ausbeute für die Komponente A aus dem Raffinatstrom kann verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren um 3 % und gegenüber dem Fraktionierungsverfahren um 78 % gesteigert. Die Ausbeute für die Komponente B aus dem Extraktstrom bleibt auf demselben Niveau wie bei dem herkömmlichen Verfahren und steigt gegenüber dem Fraktionierungsverfahren um 29 %.The yield for component A from the raffinate stream can be increased by 3% compared to the conventional process and by 78% over the fractionation process. The yield for component B from the extract stream remains at the same level as in the conventional process and increases by 29% over the fractionation process.
Der Verlust an der Komponente A liegt um 9 % unter dem Niveau des herkömmlichen Verfahrens, verglichen mit dem Fraktionierungsverfahren kann dieser um 77 % gesenkt werden. Der Verlust an der Komponente B steigt verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren zwar um 4 %, wird aber gegenüber dem Fraktionierungsverfahren um 51 % gesenkt.The loss of the component A is 9% below the level of the conventional process, compared to the fractionation process, this can be reduced by 77%. Although the loss of component B increases by 4% compared with the conventional method, it is reduced by 51% over the fractionation method.
Gemäß den Abschnitten 70 und 71 wird der Produktsammeizeitraum, also derjenige Zeitraum in dem das Produkt mit der gewünschten Reinheit aus der gesamten Vorrichtung abgeführt wird, und der Recyclezeitraum, also derjenige Zeitraum, in dem der Raffinatstrom zu einer Rückkopplung abgetrennt wird, wiedergegeben. In dem Abschnitt 69 ist ein vorausge- gangener Zyklus teilweise wiedergegeben. Zudem wird auch ein nachfolgender Zyklus teilweise wiedergegeben.According to Sections 70 and 71, the product collection period, that is, the period of time in which the product of the desired purity is removed from the entire apparatus, and the recycle period, that is, the period in which the raffinate stream is separated for feedback, are represented. In section 69, a previous cycle is partially reproduced. In addition, a subsequent cycle is partially reproduced.
In den Abschnitten 76, 77 der Fig. 8 sind fast 2 Zyklen des Extraktstromes wiedergegeben.In sections 76, 77 of FIG. 8, almost 2 cycles of the extract stream are shown.
Die Verbesserung der Leistungsfähigkeit gegenüber dem herkömmlichen Verfahren wird dadurch erreicht, dass die anvisierte Endreinheit der Ströme nicht mehr integral über die gesamte Taktzeit sondern nur bis zu einem früheren Zeitpunkt vorliegen muss. Aus diesem Grund sind höhere Feedströme und niedrigere Regenerationsströme möglich. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Produktivität. Durch die Verringerung des Eluensverbrauchs sowie die Möglichkeit, auch mit wenig effizienten und somit günstigeren Feststoffen eine hohe Trennleistung zu erzielen, kann eine Senkung der Betriebskosten erreicht werden.The improvement in performance over the conventional method is achieved in that the targeted final purity of the streams must no longer be integral over the entire cycle time but only up to an earlier point in time. For this reason, higher feed streams and lower regeneration streams are possible. This allows an increase in productivity. By reducing the eluent consumption and the ability to achieve a high separation efficiency even with less efficient and thus cheaper solids, a reduction in operating costs can be achieved.
Das literaturbeschriebene Fraktionierungsverfahren hat ebenso den Vorteil, dass die gewünschte Zielreinheit nicht integral über die gesamte Schaltzeit vorliegen muss. Allerdings unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren in folgende Punkte vorteilhaft von dem Fraktionierungsverfahren.The literature-described fractionation method also has the advantage that the desired target purity does not have to be integral over the entire switching time. Indeed The process according to the invention advantageously differs from the fractionation process in the following points.
Da der nicht als Produkt aufgefangene Volumenanteil nicht verworfen, sondern wieder eingebracht wird, kann die Ausbeute erhöht und der Verlust an Komponenten deutlich verringert werden. Die Rückkopplung selbst wirkt sich positiv auf die erzielbaren Reinheiten, und somit auch auf die Produktivität aus. Ist, wie im in Tab. 2 gezeigten Beispielfall, die Stärke der Wechselwirkung der Komponenten mit der festen Phase unabhängig von der Konzentration und anderer beteiligter Komponenten, liegen lineare Adsorptionsisothermen vor. Für den Fall der Raffinatrückkopplung ist es vorteilhaft, die vorgetrennte Mischung vor der initialen Mehr- komponentenfluidmischung aufzubringen. Auf diese Weise wird zu Anfang des Taktes eine geringere Menge der in diesem Auslass nicht erwünschten Komponenten aufgebracht. Durch eine erneute Passage der trennenden festen Phase wird die Reinheit weiter erhöht. Da die zu Anfang des Taktes in die Anlage eingebrachte Mischung auch zuerst den Ausgang erreicht, und bei dem betrachteten Fall der Raffinatrückkopplung der aufzufangende Anteil ebenfalls am Anfang liegt, kann bei gleichen Bedingungen bezüglichen der Arbeitspunkte der Trennung sowie des Sammelzeitraums in den Produkttank die zu erzielende Reinheit gegenüber dem Fraktionierungsverfahren gesteigert werden.Since the volume fraction not collected as a product is not discarded but reintroduced, the yield can be increased and the loss of components can be significantly reduced. The feedback itself has a positive effect on the achievable purities, and thus also on the productivity. If, as in the example case shown in Tab. 2, the strength of the interaction of the components with the solid phase is independent of the concentration and other components involved, there are linear adsorption isotherms. In the case of raffinate feedback it is advantageous to apply the pre-separated mixture before the initial multi-component fluid mixture. In this way, at the beginning of the cycle, a smaller amount of the components not desired in this outlet is applied. By renewed passage of the separating solid phase, the purity is further increased. Since the mixture introduced at the beginning of the cycle also first reaches the exit, and in the considered case of raffinate feedback, the fraction to be collected is also at the beginning, under the same conditions, the operating points of the separation and the collection period in the product tank can be achieved Purity over the fractionation process can be increased.
Dies gilt umgekehrt für den Fall der Extraktrückkopplung. Hier ist ein späteres Aufbringen des Inhalts des Recycletanks vorteilhaft.This applies vice versa for the case of the extra feedback. Here, a later application of the contents of the recycling tank is advantageous.
Ist die Stärke der Wechselwirkung der Komponenten mit der festen Phase abhängig von der eigenen Konzentration sowie der anderen beteiligter Komponenten, liegen also nicht-lineare Adsorptionsisothermen vor, ist die Verbesserung der Reinheiten durch kompetitive Wech- selwirkungen bedingt.If the strength of the interaction of the components with the solid phase depends on the own concentration and the other components involved, ie if non-linear adsorption isotherms are present, the improvement of the purities is conditioned by competitive interactions.
Selbstverständlich kann anstelle eines Behälters, der als Zwischenspeicher dient, jede Art von anderen Zwischenspeichern verwendet werden, wie beispielsweise Chromatographiesäulen.Of course, instead of a container which serves as a buffer, any type of other buffers may be used, such as chromatography columns.
Der Rückkopplungsstrom kann ebenso direkt ohne Zwischenspeicherung eingeleitet werden.The feedback stream can also be initiated directly without caching.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf sämtliche erdenklichen und bisher bekannten SMB-Aufbauten angewendet werden, die beispielsweise weniger oder mehr als 4 Kammern aufweisen. Beispielsweise kann ein derartiger Aufbau aus 1 - 3 oder 5 und mehr Kammern bestehen.The inventive method can be applied to all imaginable and previously known SMB structures, for example, less than or more than 4 chambers exhibit. For example, such a structure may consist of 1 - 3 or 5 and more chambers.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All disclosed in the application documents features are claimed as essential to the invention, provided they are new individually or in combination over the prior art.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Mehrkomponentenfluidmischung (Feed)1 multi-component fluid mixture (feed)
2 Lösemittel2 solvents
3 Raffinatstrom3 raffinate stream
4 Extraktstrom4 extract stream
5, 6 Eingänge5, 6 inputs
7, 8 Ausgänge7, 8 outputs
9, 10, 11 , 12 Kammern9, 10, 11, 12 chambers
17 Pfeil17 arrow
18 Pfeil18 arrow
19 Konzentration (Ordinate)19 concentration (ordinate)
20 Zeitverlauf (Abszisse)20 time course (abscissa)
21 zeitlicher Konzentrationsverlauf der Zielkomponente A21 temporal concentration course of the target component A
22 zeitlicher Konzentrationsverlauf der anteiligen Verschmutzungskomponen te B22 temporal concentration course of the proportionate pollution Komponen te B
23 Konzentration (Ordinate)23 concentration (ordinate)
24 Zeitverlauf (Abszisse)24 time course (abscissa)
25 zeitlicher Konzentrationsverlauf der Zielkomponente B25 temporal concentration course of the target component B
26 zeitlicher Konzentrationsverlauf der anteiligen Verschmutzungskomponen te A26 temporal concentration course of the proportionate pollution components A te
27 Reinheit in Gew.-% (Ordinate)27 purity in% by weight (ordinate)
28 Zeitverlauf (Abszisse)28 time course (abscissa)
29 zeitlicher Verlauf der integralen Reinheit29 temporal course of the integral purity
30 zeitlicher Verlauf der differenziellen Reinheit30 temporal course of differential purity
31 Pfeil31 arrow
41 Mehrkomponentenfluidmischung41 multi-component fluid mixture
43 Raffinatstrom 44 Extraktstrom43 raffinate stream 44 extract stream
45 Eingang45 entrance
47 Ausgang47 output
48 Ausgang 49, 50, 51 , 52 Kammern48 output 49, 50, 51, 52 chambers
53, 54, 55, 56 Pfeile53, 54, 55, 56 arrows
58 Ableitung58 derivative
59 Auslassventil59 exhaust valve
60 Umschaltung/Leitung 61 Richtung60 switchover / line 61 direction
62 Behälter/Tank62 containers / tank
63 Ventil63 valve
64 Vorratstank/Behälter64 storage tank / container
65 Zuleitung 66 Zuleitungsleitung65 Supply line 66 Supply line
67, 74 Konzentration (Ordinate)67, 74 concentration (ordinate)
68, 75 Zeitverlauf (Abszisse)68, 75 Time course (abscissa)
69, 70, 71 Abschnitte69, 70, 71 sections
72 Konzentrationsprofile Zielkomponente A bei dem Raffinatstrom 73 Konzentrationsprofile anteilige Verschmutzungskomponente B72 Concentration profiles Target component A at the raffinate stream 73 Concentration profiles Proportionate soil component B
76, 77 Abschnitte76, 77 sections
79 Konzentrationsprofil Zielkomponente B bei dem Extraktstrom79 Concentration profile Target component B in the extract stream
80 Konzentrationsprofil anteilige Verschmutzungskomponente A I, II, III, IV Zonen 80 Concentration profile Proportional soiling component A I, II, III, IV Zones

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur chromatographischen Trennung von Komponenten mit teilweiser Rückführung von GemischfraktionenPatentansprüche Method and apparatus for the chromatographic separation of components with partial recycling of mixture fractions Patent claims
1. Verfahren zur chromatographischen Trennung von Komponenten (72, 79) einer Mehrkomponentenfluidmischung mittels des Simulated Moving Bed Verfahrens, wo- bei die Mehrkomponentenfluidmischung (41 ) und mindestens ein Lösemittel (42) einer Mehrzahl von mindestens einen Feststoff enthaltenden Kammern (49 - 52) oder Kammerabschnitten an einem ersten und zweiten Eingang (45, 46) zugeführt werden, und ein Extraktstrom (44), der mindestens eine erste von der Mehrkomponentenfluidmischung (41 ) abgetrennte Komponenten (79) enthält, sowie ein Raffinatstrom (43), der mindestens eine zweite von der Komponentenfluidmischung (41 ) abgetrennteA method of chromatographic separation of components (72, 79) of a multicomponent fluid mixture by the simulated moving bed method, wherein the multicomponent fluid mixture (41) and at least one solvent (42) of a plurality of at least one solid containing chambers (49 - 52) or chamber portions at first and second ports (45, 46), and an extract stream (44) containing at least a first component (79) separated from the multicomponent fluid mixture (41), and a raffinate stream (43) containing at least one of second separated from the component fluid mixture (41)
Komponente (72) enthält, aus den Kammern (49 - 52) oder Kammerabschnitten an einem ersten und zweiten Ausgang (47, 48) abgeleitet werden, wobei die Kammern (49 - 52) oder Kammerabschnitte einen geschlossenen Kreislauf (57) bildend in Reihen miteinander verbunden sind, und Anschlussstellen der jeweils zwi- sehen zwei Kammern (49, 50; 50, 51 ; 51 , 52; 52, 53) oder Kammerabschnitten desComponent (72) are derived from the chambers (49 - 52) or chamber sections at a first and second output (47, 48) are derived, wherein the chambers (49 - 52) or chamber sections a closed circuit (57) forming in rows with each other and connecting points of each between two chambers (49, 50, 50, 51, 51, 52, 52, 53) or chamber sections of the
Kreislaufs (57) angeordneten ersten und zweiten Ein- und Ausgänge (45 - 48) nach Ablauf einer zyklischen Takteinheit zwischen zwei weiteren Kammern oder Kammerabschnitten des Kreislaufs neu positioniert werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der an dem ersten und/oder zweiten Ausgang (47, 48) abgeleitete Raffinatstrom (43) und/oder Extraktstrom (44) zumindest teilweise jeweils in mindestens einen Zwischenspeicher, insbesondere einen Behälter (62), zwischengelagert und in einer Takteinheit dem ersten und/oder zweiten Eingang (45, 46) abwechselnd oder zeitgleich mit der Mehrkomponentenfluidmischung (64) und/oder dem Lösemittel den Kammern oder Kammerabschnitten rückkoppelnd zugeführt (66) werden/wird. Circuit (57) arranged first and second inputs and outputs (45 - 48) are repositioned after expiry of a cyclic clock unit between two further chambers or chamber sections of the circuit, characterized in that at the first and / or second output (47, 48 ) derived raffinate stream (43) and / or extract stream (44) at least partially in each case in at least one buffer store, in particular a container (62), interposed and in a clock unit the first and / or second input (45, 46) alternately or simultaneously with the A multicomponent fluid mixture (64) and / or the solvent to the chambers or chamber sections fed back (66) is / will.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rückkoppelnde Zuführung (66) des abgeleiteten Raffinatstromes (43) und/oder Extraktstromes (44) innerhalb einer der erfolgten Ableitung (58) nachfolgenden Takt- einheit durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the feedback feed (66) of the derived raffinate stream (43) and / or extract stream (44) within one of the successful discharge (58) subsequent clock unit is performed.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die rückkoppelnde Zuführung (66) des abgeleiteten Raffinatstromes (43) und/oder des Extraktstromes (44) innerhalb derselben Takteinheit, in der die Ableitung (58) erfolgt ist, durchgeführt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the feedback feed (66) of the derived raffinate stream (43) and / or the extract stream (44) within the same clock unit in which the discharge line (58) is carried out.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem ersten Zeitabschnitt der Takteinheit der gesamte abgeleitete4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in at least a first period of the clock unit, the entire derived
Raffinatstrom (43) und/oder Extraktstrom (44) als Produkt mit gewünschtem Reinheitsgrad abgeführt wird (60) und in mindestens einem zweiten Zeitabschnitt der Takteinheit der gesamte abgeleitete Raffinatstrom und/oder Extraktstrom (43, 44) rückkoppelnd zugeführt (66) wird.Raffinate stream (43) and / or extract stream (44) is discharged as product with desired degree of purity (60) and in at least a second period of the clock unit, the total derived raffinate stream and / or extract stream (43, 44) fed back (66).
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck der zugeführten Mehrkomponentenfluidmischung (41) und/oder des Lösemittels (42) innerhalb einer Takteinheit stufenweise und/oder kontinuierlich verändert wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a pressure of the supplied multi-component fluid mixture (41) and / or the solvent (42) is changed stepwise and / or continuously within a clock unit.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur der zugeführten Mehrkomponentenfluidmischung (41) und/oder des Lösemittels (42) innerhalb einer Takteinheit stufenweise und/oder kontinuierlich verändert wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a temperature of the supplied multi-component fluid mixture (41) and / or the solvent (42) is changed stepwise and / or continuously within a clock unit.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Lösemittels sowie der Gehalt mindestens eines Modifika- tors in der Mehrkomponentenfluidmischung stufenweise und/oder kontinuierlich ver- ändert wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the composition of the solvent and the content of at least one modifier in the multi-component fluid mixture is changed stepwise and / or continuously.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Feststoff verwendet wird, der dafür geeignet ist, in den einzelnen Kammern oder Kammerabschnitten unterschiedliche Wanderungsgeschwindigkeiten der einzelnen Komponenten der Mehrkomponentenfluidmischung hervorzurufen.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one solid is used, which is adapted to cause different migration speeds of the individual components of the multi-component fluid mixture in the individual chambers or chamber sections.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff ein Adsorbensmaterial ist.9. The method according to claim 8, characterized in that the solid is an adsorbent material.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösemittel (42) eine Mischung aus einer Mehrzahl von Fluiden und/oder eine Mi- schung mindestens eines Fluids mit mindestens einem nieder- oder hochmolekularen10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as solvent (42) a mixture of a plurality of fluids and / or a mixture of at least one fluid having at least one low or high molecular weight
Modifikator verwendet wird.Modifier is used.
11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösemittel (42) und/oder Mehrkomponentenfluidmischung ein Gas oder eine Mischung aus einer Mehrzahl von Gasen verwendet wird, das/die im überkritischen o- der unterkritischen Zustand ist/sind.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as solvent (42) and / or multi-component fluid mixture, a gas or a mixture of a plurality of gases is used, which / is in the supercritical or subcritical state.
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösemittel (42) zu trennende Komponenten enthält. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the solvent (42) contains components to be separated.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösemittel mit den zu trennenden Komponenten und das Lösemittel ohne die zu trennenden Komponenten verschiedene Zusammensetzung und/oder Fähigkeiten hinsichtlich einer Beeinflussung eines Bindungsverhaltens der zu trennenden Komponenten gegenüber dem Feststoff aufweisen.13. The method according to claim 12, characterized in that the solvent with the components to be separated and the solvent without the components to be separated have different composition and / or capabilities with regard to influencing a bonding behavior of the components to be separated from the solid.
14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kammern (49 - 52) oder Kammerabschnitten eine chemische Reaktion zur14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the chambers (49 - 52) or chamber sections, a chemical reaction to
Herstellung und Trennung von den Komponenten durchgeführt wird.Production and separation of the components is performed.
15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstellen der ersten und zweiten Ein- und Ausgänge (45 - 48) zu verschiedenen Zeitpunkten neu positioniert werden.15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the connection points of the first and second inputs and outputs (45 - 48) are repositioned at different times.
16. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Volumenstrom der Mehrkomponentenfluidmischung (41), des Lösemittels (42), des Extraktstroms (44), des Raffinatstroms (43) und kreislaufinterner Zirkulationsströme innerhalb einer Takteinheit stufenweise und/oder kontinuierlich verändert wird.16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one volume flow of the multi-component fluid mixture (41), the solvent (42), the extract stream (44), the raffinate stream (43) and circulating internal circulation streams within a clock unit stepwise and / or continuously is changed.
17. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf ein offener Kreislauf ist.17. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the circuit is an open circuit.
18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen An- sprüche. 18. Apparatus for carrying out the method according to one of the preceding claims.
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